第7章 超音速翼型和机翼的气动特性(1).ppt

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1、第7章超音速翼型和机翼的气动特性(1)7.1超音速薄翼型的绕流超音速薄翼型的绕流超音速气流流过物体时，如果是钝头体，在物体表面将有离体激波产生。由于离体激波中有一段较大的正激波，使物体承受较大的激波阻力（波阻力）。为了减小波阻力，超音速翼型前缘最后做成尖的如菱形、四边形和双弧形等尖前缘。超音速薄翼型的绕流但是，超音速飞机总要经历起飞和着陆的阶段，尖头翼型在低速绕流时，在较小的迎角时气流就有可能在前缘分离，使翼型的气动特性变坏。因此，为了兼顾超音速飞机高速飞行的低速特性，目前，低超音速飞机的翼型，其形状都为小圆头对称薄翼型。超音速薄翼型的绕流下面以双弧形为例，说明翼型超音速绕流

2、的流动特点。实线表示激波，虚线表示膨胀波(a)小迎角<(b)中迎角>如果迎角小于薄翼型前缘半顶角，则气流流过翼型时，在前缘处相当于绕凹角流动，因此，前缘上下表面将产生两道附体的斜激波。超音速薄翼型的绕流超音速薄翼型的绕流当有迎角时，由于上下翼面气流相对于来流的偏转角不同，因此，上下翼面的激波强度和倾角也不同。超音速薄翼型的绕流靠近翼面的气流，通过激波后，将偏转到与前缘处的切线方向一致，随后，气流沿翼型表面的流动相当于绕凸曲线的流动，通过一系列膨胀波。超音速薄翼型的绕流从翼型的前部所发出的膨胀波，将与头部激波相交，激波强度受到削弱，使激波相对于来流的倾角逐渐减小，最后退

3、化为马赫波。超音速薄翼型的绕流当上下翼面的超音速气流流到翼型的后缘时，由于上下气流的指向不同，且压强一般也不相等，故根据来流迎角情况，在后缘上下必产生两道斜激波或一道斜激波和一组膨胀波，以使在后缘汇合的气流有相同的指向和相等的压强。超音速薄翼型的绕流实线表示激波，虚线表示膨胀波(a)小迎角<当α＜，前缘上下均受压缩，形成强度不同的斜激波；经一系列膨胀波后，由于在后缘处流动方向和压强不一致，从而形成两道斜激波。以使后缘汇合后的气流具有相同的指向和相等的压强。（近似认为与来流相同）如果迎角大于薄翼型前缘半顶角，则气流绕上翼面前缘的流动，就相当于绕凸角流动。上翼面前缘将产生一

4、组膨胀波，下面仍为激波。超音速薄翼型的绕流超音速薄翼型的绕流实线表示激波，虚线表示膨胀波(b)中迎角>由于在后缘处流动方向和压强不一致，有一道斜激波和一族膨胀波,以使后缘汇合后的气流具有相同的指向和相等的压强。（近似认为与来流相同）超音速薄翼型的绕流受激波和膨胀波的影响，翼型压强在激波后变大，在膨胀波后变小。超音速薄翼型的绕流激波阻力和升力与翼面上的压强分布有关。超音速薄翼型的绕流翼面的压强在激波后最大，以后沿翼面经一系列膨胀波而顺流逐渐减小。由于翼面前半段的压强大于后半段压强，因而翼面上压强的合力在来流方向将有一个向后的分力，即为波阻力。(激波阻力形成机理)超音速薄翼型

5、的绕流实线表示激波，虚线表示膨胀波(a)小迎角<当翼型处于小的正迎角时，由于上翼面前缘的切线相对于来流所组成的凹角，较下翼面的为小，故上翼面的激波较下翼面的弱，其波后马赫数较下翼面的大，波后压强较下翼面的低，所以上翼面的压强低于下翼面的压强，压强合力在与来流相垂直的方向上有一个分力，即升力。超音速薄翼型的绕流实线表示激波，虚线表示膨胀波(b)中迎角>当翼型处于大正迎角时，上翼面前缘产生膨胀波，压强小；下翼面前缘产生激波，压强大。所以上翼面的压强低于下翼面的压强，压强合力在与来流相垂直的方向上有一个分力，即升力。7.2超音速薄翼型线化理论超音速薄翼型线化理论为了减小波阻

6、，超声速翼型厚度都比较薄，弯度很小甚至为零，且飞行时迎角也很小。因此产生的激波强度也较弱，作为一级近似可忽略通过激波气流熵的增加，在无粘假设下可认为流场等熵有位，从而可用前述线化位流方程在给定线化边界条件下求解。超音速薄翼型线化理论超声速二维流动的小扰动速度位函数，所满足的线化位流方程为：这是一个二阶线性双曲型偏微分方程，x沿来流，y与之垂直。上述方程可用数理方程中的特征线法或行波法求解。超音速薄翼型线化理论为解出通解，引入变量：从而有：超音速薄翼型线化理论代入，得：线化位流方程：超音速薄翼型线化理论上式对ξ积分得：f*是自变量η的某一函数。超音速薄翼型线化理论将上式进一步积

7、分得：其中：是ξ的某函数，是η的某函数，且二者无关。超音速薄翼型线化理论将原变量代回得线化方程的通解：超音速薄翼型线化理论分别表示倾角为arctg1/B和arctg（-1/B）的两族直线即马赫线（扰动波传播的方向）。其中，第一条为正向波特征线，第二条为负向波特征线。超音速薄翼型线化理论其中，表示沿正向特征线的波函数；表示沿负向特征线的波函数；超音速薄翼型线化理论故上半平面流场小扰动速度位是：对超声速翼型绕流的上半平面流场，由于扰动不能向上游传播，因此超音速薄翼型线化理论故上半平面流场小扰动速度位是：在上