飞机飞行原理-气流特性 PPT课件

流线
流场中假想的一条线； 线上各点切线方向代表着某一时刻这个点的速度方向; 表示流体质点在某一瞬间运动状态。
流场中，流线不会相交，也不会分叉； 但可以同时静止于某一点，称该点为驻点。
V1
V2
轨迹线：同一质点，不同时刻的速度状态
流 线：同一时刻，不同质点的整体速度状态；
不同时刻，流线可能不同；
对于定常流：
注：(a)严格地说，不存在完全不可压缩的流体。 (b)对于气体，相对运动速度比较大时，密度变化显著；相对运动速度比较 小时，密度变化小，可视为不可压缩流体。
黏性（viscosity）
流体是不能承受剪切力的，即使在很小的剪切力作用下， 流体会连续不断的变形，但是不同的流体在相同作用的 剪切力下变形的速度是不同的，也就是不同的流体抵抗 剪切力的能力不同，这种能力称为流体的粘性。
∞是否一定很远？ 不一定 对于高空中飞行的飞机，地面气团是否就是∞？ 不是 ∞气流的参数等于飞行高度的大气参数？ 是
流体（气体）的特性
连续性 压缩性 黏性
连续性：连续介质假设（continuum/continuous medium）
介质：能使物体在其中运动并给物体一定作用力的物质。 连续介质假设：气体在充满一个体积时，不留任何自由空间，其 中没有真空地方，没有分子间的空隙，也没有分子的热运动，而 把气体看作是连续的介质。
n
V
0.99V
对于几十千米高度以下飞行的飞机来说，空气可以认为是 连续介质。
空气分子之间虽然存在间隙，但是相对飞机来说太小。
空气对飞机的作用不会反应单个分子碰撞的效果，体现的 是大量气体分子的整体作用，固可以把空气看成是连续分 布的介质。
分子在做不断的不规则运动，一个气体从一次碰撞到下一次碰撞
所走过的距离称为自由程
附面层的形成是受到黏性的影响。
无粘流动 沿物面法线方向速度一致
“附面层”
粘性流动 沿物面法线方向速度不一致
附面层内，黏性流体在物面上的速度为零，沿物面的法向(沿垂 直于运动方向)速度增大，有较大的速度梯度。
之所以也叫边界层是因为物面就是流场的内边界。附面层之外 的流动视为无黏流动或说理想流动，也常称为自由流、主流或 位流
黏性的本质： 两层气体之间的黏性力来源于两层气体之间的分子动量交换
在流动的流体中，如果各流体 层的流速不相等，那么阻力）来阻碍 两气体层作相对运动。
根据是否具有黏性，流体可分为： ➢ 实际流体：指具有黏度的流体，在运动时具有抵抗剪切变
流线形状不随时间而改变，流线即流体质点（微团）的 运动轨迹，与迹线重合
对于非定常流：
各质点的速度可能随时间改变，所以流线形状也随时间 改变。流线不是流体微团的运动轨迹，是某一瞬时的速 度分布。
流线谱 流线谱就是所有流线的集合。流线谱反映了流体流过 物体时的流动情况。
流管
某一瞬时t在流场中画一封闭曲线，经过曲线的每一点作流线，由这些 流线组成的表面称流管。由流线组成的封闭管道。 密封性是指不会有流体传过管道壁流进、流出流管内流体的质量守恒 定常流，流管不会随时间发生变化 二维流线谱中，两条流线就表示一根流管。 两条流线间的距离缩小，就说明流管收缩或变细；反之。
➢对于航空问题，Re一般大于106，属于高雷诺数流动
附面层（boundary layer）
附面层：空气是有黏性的，当气流流 过一个物体时，紧贴物体表面的那层 空气必然完全黏在上面，速度变为零， 然后流速一点点增大，直到基本恢复 到原来的流速的空气层就叫附面层或 边界层。
Free stream
Boundary layer
飞机飞行原理
Principle of Flight – Airplane
2.1 气流特性
流场的相关概念： 流场，流线，流线谱，流管
场：某种量在空间的一种分布
流场：由于飞机运动（气流流过飞机），而在飞机中周围形 成的场。
分类：标量场 （温度场，压强场，密度场） 矢量场 （速度场，加速度场） 定常流（场）：空间中每一点的压强速度等参数都与 时间无关，只是空间位置的函数。 非定常流（场）：空间中每一点的压强速度等参数 不仅是空间位置的函数，也是时间的函数。
相对运动
飞机和空气相对运动，无论是飞机在相对静止的空气中运动，还 是飞机静止而空气向飞机运动，只要相对运动的速度一样，那么 作用在飞机上的空气动力就是一样的。为了研究方便，通常假设 物体不动，空气以相同的速度从反方向流。
只要相对运动的速度一样，那么作用在飞机上的空气动力就是一 样的。
匀直流与无无穷远处来流参数
形的能力，即存在摩擦力。 ➢ 理想流体：是指既无黏性（µ=0）的流体。
雷诺数（Re）
Re
V L
ρ∞、V∞：无穷远处的密度和速度； L:被研究物体的特征长度；
µ:粘性系数
雷诺数的物理意义：影响液体流动的力主要有惯性力和黏性力，雷诺 数就是惯性力对黏性力的比值，反映了黏性的影响程度。
➢ Re越大，表示黏性的影响越小；反之。
标准大气下，1013hpa 和15°C，每1立方厘米的空间内部有 空气分子2.7*1019 个，其平均自由程为10-8mm （大量分子 一起运动的总体属性） 120km的高空，气体的平均自由程为200mm。（稀薄空气动 力学）
压缩性
流体的密度随压力或温度的变化而变化的性质称为流体 的压缩性。
根据流体受压体积缩小的性质，流体可分为： 可压缩流体（compressible flow）：流体密度随压强 变化不能忽略的流体。 不可压缩流体（incompressible flow）：流体密度随压 强变化很小，流体的密度可视为常数的流体。
飞机以速度V匀速直线平飞，可以认为是远处匀直流以速度 V流经飞机。 匀直流：平行、匀速、直线流动
实际上气流流经飞机时会受到干扰，速度会发生变化，相 对飞机各处的速度不等于V。 但飞机前方必定存在一处，该处的气流流速还未受到飞机 影响，则称这一处为无穷远处。 只有无穷远处的气流才是匀直流
无穷远处气流参数用V∞、P ∞ 、 ρ∞ 、 T ∞ 等表示。 ∞不表示参数无穷大，而是表示气流不受干扰的远方的意思