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空气动力学基础-(演示)课件PPT

作者:365手机版客户端 发布时间:2020-08-13 22:28 点击数:

  第二章 第 页 * 2.3.2 阻力的产生 摩擦阻力(Skin Friction Drag) 压差阻力(Form Drag) 干扰阻力(Interference Drag) 诱导阻力(Induced Drag) 废阻力 (Parasite Drag) 升力 粘性 第二章 第 页 * 摩擦阻力 由于紧贴飞机表面的空气受到阻碍作用而流速降低到零,根据作用力与反作用力定律,飞机必然受到空气的反作用。这个反作用力与飞行方向相反,称为摩擦阻力。 第二章 第 页 * 影响摩擦阻力的因素 紊流附面层的摩擦阻力比层流附面层的大。 飞机的表面积越大,摩擦阻力越大。 飞机表面越粗糙,摩擦阻力越大。 摩擦阻力的大小与附面层的类型密切相关,此外还取决于空气与飞机的接触面积和飞机的表面状况。 第二章 第 页 * 摩擦阻力在飞机总阻力构成中占的比例较大 摩擦阻力占总阻力的比例 超音速战斗机 25-30% 大型运输机 40% 小型公务机 50% 水下物体 70% 船舶 90% 第二章 第 页 * 压差阻力 压差阻力是由处于流动空气中的物体的前后的压力差,导致气流附面层分离,从而产生的阻力。 第二章 第 页 * 顺压梯度与逆压梯度 顺压:A到B,沿流向压力逐渐减小,如机翼上表面前段。 逆压:B到C,沿流向压力逐渐增加,如机翼上表面后段。 A B C 第二章 第 页 * 附面层分离 在逆压梯度作用下,附面层底层出现倒流,与上层顺流 相互作用,形成漩涡脱离物体表面的现象。 分离点 第二章 第 页 * 分离区的特点一 分离区内漩涡是一个个单独产生的,它导致机翼的振动。 第二章 第 页 * 分离区的特点二 分离区内压强几乎相等,并且等于分离点处的压强。 P分离点 P1 P2 P3 P4 P分离点 = P1 = P2 = P3 = P4 第二章 第 页 * 分离区的特点三 附面层分离的内因是空气的粘性,外因是因物体表面弯曲而出现的逆压梯度。 A B C 第二章 第 页 * 分离点与最小压力点的位置 A B C 最小压力点 分离点 第二章 第 页 * 分离点与转捩点的区别 层流变为紊流(转捩),顺流变为倒流(分离)。 分离可以发生在层流区,也可发生在紊流区。 转捩和分离的物理含义完全不同。 第二章 第 页 * 压差阻力的产生 气流流过机翼后,在机翼的后缘部分产生附面层分离形成涡流区,压强降低;而在机翼前缘部分,气流受阻压强增大,这样机翼前后缘就产生了压力差,从而使机翼产生压差阻力。 第二章 第 页 * 分离点位置与压差阻力大小的关系 分离点靠前,压差阻力大。 分离点靠后,压差阻力小。 A B C C’ 第二章 第 页 * 影响压差阻力的因素 总的来说,飞机压差阻力与迎风面积、形状和迎角有关。迎风面积大,压差阻力大。迎角越大,压差阻力也越大。 压差阻力在飞机总阻力构成中所占比例较小。 第二章 第 页 * 干扰阻力 飞机的各个部件,如机翼、机身、尾翼的单独阻力之和小于把它们组合成一个整体所产生的阻力,这种由于各部件气流之间的相互干扰而产生的额外阻力,称为干扰阻力。 第二章 第 页 * 干扰阻力的消除 干扰阻力在飞机总阻力中所占比例较小。 飞机各部件之间的平滑过渡和整流包皮,可以有效地减小干扰阻力的大小。 第二章 第 页 * 诱导阻力 由于翼尖涡的诱导,导致气流下洗,在平行于相对气流方向出现阻碍飞机前进的力,这就是诱导阻力。 第二章 第 页 * 翼尖涡的形成 正常飞行时,下翼面的压强比上翼面高,在上下翼面压强差的作用下,下翼面的气流就会绕过翼尖流向上翼面。 这样形成的漩涡流称为翼尖涡。(注意旋转方向) 第二章 第 页 * 正常飞行时,下翼面的压强比上翼面高,在上下翼面压强差的作用下,下翼面的气流就会绕过翼尖流向上翼面,就使下翼面的流线由机翼的翼根向翼尖倾斜,上翼面反之。 翼尖涡的形成 第二章 第 页 * 翼尖涡的形成 由于上、下翼面气流在后缘处具有不同的流向,于是就形成旋涡,并在翼尖卷成翼尖涡,翼尖涡向后流即形成翼尖涡流。 第二章 第 页 * 翼尖涡形成的进一步分析 注意旋转方向 第二章 第 页 * 翼尖涡的立体形态 第二章 第 页 * 翼尖涡的形态 第二章 第 页 * 下洗流(DownWash)和下洗角 由于两个翼尖涡的存在,会导致在翼展范围内出现一个向下的诱导速度场,称为下洗。在亚音速范围内,这下洗速度场会覆盖整个飞机所处空间范围。 第二章 第 页 * 下洗角 下洗速度的存在,改变了翼型的气流方向,使流过翼型的气流向下倾斜,这个向下倾斜的气流称为下洗流,下洗流与相对气流之间的夹角称为下洗角ε。 第二章 第 页 * 下洗速度沿翼展分布 不同平面形状的机翼,沿展向下洗速度的分布是不一样的。 第二章 第 页 * 诱导阻力的产生 有限展长机翼与无限展长机翼相比,由于前者存在翼尖涡和下洗速度场,导致前者的总空气动力较后者更加后斜,即前者总空气动力沿飞行速度方向(即远前方相对气流方向)的分量较后者更大。这一增加的阻力即为诱导阻力。 L L’ D 第二章 第 页 * 影响诱导阻力的因素 机翼平面形状: 椭圆形机翼的诱导阻力最小。 展弦比越大,诱导阻力越小 升力越大,诱导阻力越大 平直飞行中,诱导阻力与飞行速度平方成反比 翼梢小翼可以减小诱导阻力 第二章 第 页 * 低展弦比使翼尖涡变强,诱导阻力增加。 高展弦比使翼尖涡减弱,诱导阻力变小。 展弦比对诱导阻力的影响 第二章 第 页 * 伯努利定理适用条件 气流是连续、稳定的,即流动是定常的。 流动的空气与外界没有能量交换,即空气是绝热的。 空气没有粘性,即空气为理想流体。 空气密度是不变,即空气为不可压流。 在同一条流线或同一条流管上。 第二章 第 页 * 2.1.7 连续性定理和伯努利定理的应用 用文邱利管测流量 2 A1, v1 ,P1 A2, v2 ,P2 1 文邱利管测流量 第二章 第 页 * 空速管测飞行速度的原理 第二章 第 页 * 与动压、静压相关的仪表 空速表 高度表 升降速度表 第二章 第 页 * 空速表 第二章 第 页 * 升降速度表 第二章 第 页 * 高度表 第二章 第 页 * 本章主要内容 2.1 空气流动的描述 2.2 升力 2.3 阻力 2.4 飞机的低速空气动力特性 2.5 增升装置的增升原理 2.2 升力 第二章 第 页 * 升力 重力 拉力 阻力 Lift Pull Weight Drag 升力垂直于飞行速度方向,它将飞机支托在空中,克服飞机受到的重力影响,使其自由翱翔。 第二章 第 页 * 2.2.1 升力的产生原理 起点 终点 相同的时间,相同的起点和终点,小狗的速度和人的速度哪一个更快? 第二章 第 页 * 升力的产生原理 前方来流被机翼分为了两部分,一部分从上表面流过,一部分从下表面流过。 由连续性定理或小狗与人速度对比分析可知,流过机翼上表面的气流,比流过下表面的气流的速度更快。 第二章 第 页 * P1 v1 P2 v2 升力的产生原理 第二章 第 页 * 上下表面出现的压力差,在垂直于(远前方)相对气流方向的分量,就是升力。 机翼升力的着力点,称为压力中心(Center of Pressure) 升力的产生原理 第二章 第 页 * 2.2.2 翼型的压力分布 当机翼表面压强低于大气压,称为吸力。 当机翼表面压强高于大气压,称为压力。 用矢量来表示压力或吸力,矢量线段长度为力的大小,方向为力的方向。 矢量表示法 第二章 第 页 * 驻点和最低压力点 B点,称为最低压力点,是机翼上表面负压最大的点。 A点,称为驻点,是正压最大的点,位于机翼前缘附近,该处气流流速为零。 第二章 第 页 * 坐标表示法 从右图可以看出,机翼升力的产生主要是靠机翼上表面吸力的作用,尤其是上表面的前段,而不是主要靠下表面正压的作用。 第二章 第 页 * 2.2.3 升力公式 —飞机的升力系数 —飞机的飞行动压 —机翼的面积。 第二章 第 页 * 升力公式的物理意义 飞机的升力与升力系数、来流动压和机翼面积成正比。 升力系数综合的表达了机翼形状、迎角等对飞机升力的影响。 第二章 第 页 * 本章主要内容 2.1 空气流动的描述 2.2 升力 2.3 阻力 2.4 增升装置的增升原理 2.3 阻力 第二章 第 页 * 阻力是与飞机运动轨迹平行,与飞行速度方向相反的力。阻力阻碍飞机的飞行,但没有阻力飞机又无法稳定飞行。 升力 重力 拉力 阻力 Lift Pull Weight Drag 第二章 第 页 * 阻力的分类 对于低速飞机,根据阻力的形成原因,可将阻力分为: 摩擦阻力(Skin Friction Drag) 压差阻力(Form Drag) 干扰阻力(Interference Drag) 诱导阻力(Induced Drag) 废阻力 (Parasite Drag) 升力 粘性 第二章 第 页 * 2.3.1 低速附面层 附面层,是气流速度从物面处速度为零逐渐增加到99%主流速度的很薄的空气流动层。 速度 不受干扰的主流 附面层边界 物体表面 附面层的形成 第二章 第 页 * 附面层厚度较薄 第二章 第 页 * 无粘流动 沿物面法线方向速度一致 粘性流动 沿物面法线方向速度不一致 “附面层” 无粘流动和粘性流动 附面层的形成是受到粘性的影响。 第二章 第 页 * 附面层的特点 附面层内沿物面法向方向压强不变且等于法线 只要测出附面层边界主流的静压,便可得到物面各点的静压,它使理想流体的结论有了现实意义。 第二章 第 页 * 附面层厚度随气流流经物面的距离增长而增厚。 l 第二章 第 页 * 附面层厚度随气流流经物面的距离增长而增厚。 l 第二章 第 页 * 附面层的特点三 附面层分为层流附面层和紊流附面层,层流在前,紊流在后。层流与紊流之间的过渡区称为转捩点。 转捩点 层流附面层 紊流附面层 第二章 第 页 * 层流的不稳定性 1 2 3 a b c 第二章 第 页 * 层流附面层和紊流附面层的速度型 * 飞行中无法收回,以低高度和低速度完成航班。 第二章 低速空气动力学基础 第二章 第 页 * 本章主要内容 2.1 低速空气动力学 2.2 升力 2.3 阻力 2.4 增升装置的增升原理 2.1 空气流动的描述 第二章 第 页 * 空气动力是空气相对于飞机运动时产生的,要学习和研究飞机的升力和阻力,首先要研究空气流动的基本规律。 第二章 第 页 * 2.1.1 流体模型化 理想流体,不考虑流体粘性的影响。 不可压流体,不考虑流体密度的变化,Ma0.4。 绝热流体,不考虑流体温度的变化,Ma0.4。 第二章 第 页 * 2.1.2 相对气流 运动方向 相对气流方向 自然风方向 第二章 第 页 * 飞机的相对气流方向与飞行速度方向相反 只要相对气流速度相同,飞机产生的空气动力就相同。 第二章 第 页 * 对相对气流的现实应用 直流式风洞 回流式风洞 第二章 第 页 * 风洞实验段及实验模型 第二章 第 页 * 风洞的其它功用 第二章 第 页 * 2.1.3 迎角 迎角就是相对气流方向与翼弦之间的夹角。 第二章 第 页 * 相对气流方向就是飞机速度的反方向 第二章 第 页 * 相对气流方向是判断迎角大小的依据 平飞中,可以通过机头高低判断迎角大小。而其他飞行状态中,则不可以采用这种判断方式。 第二章 第 页 * 水平飞行、上升、下降时的迎角 上升 平飞 下降 第二章 第 页 * 迎角探测装置 第二章 第 页 * 2.1.4 流线和流线谱 空气流动的情形一般用流线、流管和流线谱来描述。 流线:流场中一条空间曲线,在该曲线上流体微团的速度与曲线在该点的切线重合。对于定常流,流线是流体微团流动的路线。 第二章 第 页 * 流管:由许多流线所围成的管状曲面。 第二章 第 页 * 流线和流线谱 流线谱是所有流线的集合。 第二章 第 页 * 流线和流线谱的实例 第二章 第 页 * 流线的特点 该曲线上每一点的流体微团速度与曲线在该点的切线重合。 流线每点上的流体微团只有一个运动方向。 流线不可能相交,不可能分叉。 第二章 第 页 * 流线谱的特点 流线谱的形状与流动速度无关。 物体形状不同,空气流过物体的流线谱不同。 物体与相对气流的相对位置(迎角)不同,空气流过物体的流线谱不同。 气流受阻,流管扩张变粗,气流流过物体外凸处或受挤压 ,流管收缩变细。 气流流过物体时,在物体的后部都要形成涡流区。 第二章 第 页 * 2.1.5 连续性定理 流体流过流管时,在同一时间流过流管任意截面的流体质量相等。 质量守恒定律是连续性定理的基础。 第二章 第 页 * 连续性定理 1 2 A1,v1 A2,v2 单位时间内流过截面1的流体体积为 单位时间内流过截面1的流体质量为 同理,单位时间内流过截面2的流体质量为 则根据质量守恒定律可得: 即 结论:空气流过一流管时,流速大小与截面积成反比。 第二章 第 页 * 山谷里的风通常比平原大 河水在河道窄的地方流得快,河道宽的地方流得慢 日常的生活中的连续性定理 高楼大厦之间的对流通常比空旷地带大 第二章 第 页 * 2.1.6 伯努利定理 同一流管的任意截面上,流体的静压与动压之和保持不变。 能量守恒定律是伯努力定理的基础。 第二章 第 页 * 伯努利定理 空气能量主要有四种:动能、压力能、热能、重力势能。 低速流动,热能可忽略不计;空气密度小,重力势能可忽略不计。 因此,沿流管任意截面能量守恒,即为:动能+压力能=常值。公式表述为: 上式中第一项称为动压,第二项称为静压,第三项称为总压。 第二章 第 页 * 伯努利定理 —动压,单位体积空气所具有的动能。这是一种附加的压力,是空气在流动中受阻,流速降低时产生的压力。 —静压,单位体积空气所具有的压力能。在静止的空气中,静压等于当时当地的大气压。 —总压(全压),它是动压和静压之和。总压可以理解为,气流速度减小到零之点的静压。 第二章 第 页 * 深入理解动压、静压和总压 同一流线: 总压保持不变。 动压越大,静压越小。 流速为零的静压即为总压。 第二章 第 页 * 同一流管: 截面积大,流速小,压力大。 截面积小,流速大,压力小。 深入理解动压、静压和总压 * 飞行中无法收回,以低高度和低速度完成航班。


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