空气动力学基础知识
空气动力学基础知识什么是空气动力学

空气动力学基础知识什么是空气动力学空气动力学是力学的一个分支,研究飞行器或其他物体在同空气或其他气体作相对运动情况下的受力特性、气体的流动规律和伴随发生的物理化学变化。
以下是由店铺整理关于空气动力学基础知识的内容,希望大家喜欢!空气动力学的分类通常所说的空气动力学研究内容是飞机,导弹等飞行器在各种飞行条件下流场中气体的速度、温度、压力和密度等参量的变化规律,飞行器所受的升力和阻力等空气动力及其变化规律,气体介质或气体与飞行器之间所发生的物理化学变化以及传热传质规律等。
从这个意义上讲,空气动力学可有两种分类法:1)根据流体运动的速度范围或飞行器的飞行速度,空气动力学可分为低速空气动力学和高速空气动力学。
通常大致以400千米/小时(这一数值接近于地面1atm,288.15K下0.3Ma的值)这一速度作为划分的界线。
在低速空气动力学中,气体介质可视为不可压缩的,对应的流动称为不可压缩流动。
大于这个速度的流动,须考虑气体的压缩性影响和气体热力学特性的变化。
这种对应于高速空气动力学的流动称为可压缩流动。
2)根据流动中是否必须考虑气体介质的粘性,空气动力学又可分为理想空气动力学(或理想气体动力学)和粘性空气动力学。
除了上述分类以外,空气动力学中还有一些边缘性的分支学科。
例如稀薄气体动力学、高温气体动力学等。
空气动力学的研究内容在低速空气动力学中,介质密度变化很小,可视为常数,使用的基本理论是无粘二维和三维的位势流、翼型理论、升力线理论、升力面理论和低速边界层理论等;对于亚声速流动,无粘位势流动服从非线性椭圆型偏微分方程,研究这类流动的主要理论和近似方法有小扰动线化方法,普朗特-格劳厄脱法则、卡门-钱学森公式和速度图法,在粘性流动方面有可压缩边界层理论;对于超声速流动,无粘流动所服从的方程是非线性双曲型偏微分方程。
在超声速流动中,基本的研究内容是压缩波、膨胀波、激波、普朗特-迈耶尔流动(压缩波与膨胀波的基本关系模型及其函数模型)、锥型流,等等。
空气动力学基础知识

对流层的特点: 1)气流温度随高度升高而降低 在对流层中.由于空气受热的直接来源不是太阳,而 是地面,太阳放射出的能量,大部分被地面吸收,空气是 被太阳晒热的地面而烤热的,所以越靠近地面,空气温度 就越高。在中纬度地区,随着高度的增加,空气温度从15 ℃降低到11公里高时的-56.5 ℃。 2)风向、风速经常变化 由于太阳对地面的照射程度不一,加之地球表面地形、 地貌的不同,地面各地区空气气温和密度不相同,气压也 不相等,即使同一地区,气温、气压也常会发生变化,使 大气产生对流现象,形成风,且风向、风速也会经常变化。 3)空气上下对流激烈 地面各处的温度不同,受热多的空气膨胀而上升,受 热少的空气冷却而下降,就形成了空气的上下对流。
工程计算中经常采用“绝对温度”的概念, 用“ T ”表示,单位用开氏度(º K)表示。当空 气分子停止不规则的热运动时,即分子的运动速 度为零时,我们把这时的温度作为绝对温度的零 度。 绝对温度(T)与摄氏温度( t )之间的关 系可以用下列公式进行换算: T=t
+ 273
绝对温度的0 º K等于摄氏温度-273 ℃
一、空气的物理参数
空气的密度、温度和压力是确定空气状态的三个主 要参数,飞机空气动力的大小和飞机飞行性能的好坏,都 与这三个参数有关。 1、空气的密度 空气的密度是指单位体积内空气的质量,取决于空气 分子数的多少。即:ρ=m/V 公式中:ρ为空气的密度,单位是“ 千克/米3 ”;m为 空气的质量,单位是“ 千克 ”;V为空气的体积,单位 是“ 米3 ”。 空气的密度大,说明单位体积内空气的分子数多,我 们称为空气稠密;空气的密度小,说明单位体积内空气的 分子数少,我们称为空气稀薄。大气的密度随高度的
《空气动力学基础》第5章

0.4
1% -0.16% -0.84%
0.6
1% -0.36% -0.64%
1.0
1% -1.0%
0%
1.2
1.3
1.6
1% -1.44% 0.44%
1% -1.96% 0.96%
1% -2.56% 1.56%
Ma<0.3时忽略压缩性影响(不可压);
0.3<Ma<1时,密度相对变化率小于速度相对变化率;
管道的最小截面不一定时临界截面。
22:31
9
第五章 一维定常可压缩管内流动
§5-1 理想气体在变截面管道中的流动
管道截面积变化对气流参数的影响
不同马赫数下气流的压缩性不同; 密度变化和速度变化的方向总是相反。
d dv dA 0 vA
Ma
参数
dv v
d
dA A
0.3
1% -0.09% -0.91%
流量函数q(λ)
qm
v a
a A
q(λ)
1
0
0 *
(
)
1 1 2
v a
11
0
2 11 1
p0 RT0
a
2
1
RT0
1
1
qm
()
1 1 2
2 1
1
p0 RT0
2 1
RT0
A
1
1
qm q
2 2 1
1
R
1
p0 A T0
2 1
R
1
p0 A q
气压强,已知:容器内的压强为7.0×105 Pa,温度为288K,大气压强为 1.0133×105 Pa,喷管出口面积为0.0015m2。求:①初始空气的出口速度ve 和通过喷管的流量qm;②设容器体积为1求此状态能保持多长时间?
空气动力学与飞行器的设计

空气动力学与飞行器的设计空气动力学是研究飞行器在空气中运动的力学学科,它主要研究飞行器的飞行状态、飞行稳定性、控制性能和空气动力性能等问题。
而飞行器的设计则是将以上研究成果转化为实际飞行器的设计、生产和测试。
在本文中,我们将主要探讨空气动力学与飞行器设计的相关知识和技术。
一、空气动力学基础空气动力学是一门跨学科的学科,包括流体力学、热力学、数学和控制工程等学科。
在飞行器设计中,空气动力学研究主要围绕飞行器气动力分布、阻力、升力、失速、气动力特性等问题展开。
1.1 气动力系数气动力系数是描述飞行器在空气中受到的气动力大小和方向的参数。
它通常用在飞行器设计中,帮助工程师计算飞行器的气动力性能。
常见的气动力系数有:升力系数、阻力系数、侧向力系数、俯仰力系数、滚转力系数等。
升力系数代表飞行器受到的向上的力的大小;阻力系数代表飞行器所受到的阻力大小;侧向力系数代表飞行器所受到的侧向力大小;俯仰力系数代表飞行器所受到的俯仰力大小;滚转力系数代表飞行器所受到的滚转力大小。
1.2 翼型及其气动性能翼型是飞行器的一个重要部件。
不同的翼型形状会对气流产生不同的影响,如何选择合适的翼型成为了飞行器设计的一项重要工作。
翼型的气动性能主要包括升阻比、抗失速性能、稳定性和可控性等。
升阻比是评价翼型性能的一个重要指标。
它是升力系数与阻力系数的比值,直接反映了翼型在飞行中的升力和阻力大小。
一个高升阻比意味着在同样的推力下,飞行器可以获得更大的升力,从而可以更加经济地飞行。
抗失速性能是指翼型的稳定性能。
在飞行中,若气流过于湍流或速度过低,会引起翼型失速,翼面的气动特性发生剧烈变化,使飞行器产生不稳定的运动。
因此,强抗失速性能的翼型对飞行器的设计极为重要。
稳定性和可控性是飞行器设计中需要考虑的两个重要问题。
稳定性是指在保证飞行安全的前提下,飞行器的各项运动基本保持平稳,不受外界干扰的影响。
可控性是指飞行器在运动中可以被实时控制、调整方向、飞行高度等。
空气动力学基础原理与应用

空气动力学基础原理与应用空气动力学是研究空气流动对物体运动和空间结构影响的学科,它是现代工程学和航空航天工程的重要组成部分。
在工程和技术应用中,空气动力学被用于设计和优化飞行器、汽车、摩托车、建筑物、桥梁等结构。
本文将介绍空气动力学的基础原理和应用。
一、气体动力学基础气体动力学是空气动力学的基础,研究气体的流动和力学特性。
气体的动力学性质包括压力、密度、速度和温度等参数,这些参数随着空气流动而发生变化。
气体的流动可以分为层流和湍流两种状态。
在层流状态下,气体流动沿着一条直线或曲线运动,并具有稳定和预测性。
在湍流状态下,气体流动呈现为混沌状态,具有不可预测性和不规则性。
二、空气动力学的基本原理空气动力学的基本原理包括如下几个方面:1、伯努利定理伯努利定理是空气动力学的核心原理之一,它描述了气体在不同速度下的压力变化规律。
伯努利定理认为,在气体流动过程中,流速越大,压力越低,反之亦然。
在翼型表面上,气流在表面上方流动的速度比表面下方流动的速度快,因此表面上方的压力低于表面下方的压力。
这种压力差产生的升力是翼型飞行的基础。
2、牛顿定律牛顿定律是描述力学系统的基本原理之一。
在空气动力学中,牛顿定律用于分析物体在气流中运动的动力学行为。
牛顿第一定律认为,除非受到外力的作用,物体将保持匀速直线运动或静止状态。
牛顿第二定律则描述了物体在受到外力作用下的加速度。
在空气动力学中,牛顿定律用于分析物体在气流中所受的阻力和升力。
3、概率论及分布函数在空气动力学中,概率论和分布函数应用十分广泛。
概率论和统计学方法被用于研究气体流动的随机过程和不确定性。
分布函数则用于描述气体动力学参数的变化情况,如速度、压力、密度等参数的空间和时间分布情况。
三、空气动力学的应用空气动力学的应用范围十分广泛,包括下列几个方面:1、航空航天工业航空航天工业是空气动力学的主要应用领域之一。
在飞行器设计和优化中,空气动力学可以帮助设计师选择和优化翼型和飞行速度等参数,以达到最佳的升阻比和燃料效率。
空气动力学与飞行控制的研究

空气动力学与飞行控制的研究空气动力学与飞行控制是航空领域中非常重要而且不可或缺的领域。
它们不仅控制飞行器的飞行,同时也决定了设计飞行器的外形和性能。
因此,空气动力学与飞行控制研究是航空技术发展的核心之一。
本文将围绕空气动力学与飞行控制的研究展开讨论。
一、空气动力学的基础知识1.1 定义空气动力学是研究物体在空气中运动时所受到的力及其相互作用的科学。
它主要研究物体在空气中的运动规律和力学特性。
1.2 空气动力学的应用空气动力学是用来研究飞行器的外形和性能的学科。
当设计一架新型飞机或者改良现有飞机时,需要综合考虑空气动力学的知识,如气动力、气动弹性、气动热和气动声学等。
1.3 空气动力学的关键问题空气动力学的关键问题包括流场、流体力学、非定常流动、气动弹性、气动热和气动声学等。
这些问题涉及到飞机的外形和载荷等方面。
二、空气动力学建模与模拟2.1 建模方法空气动力学建模可以通过物理模型、数学模型或者计算机模拟等方法进行。
其中,数学模型是基础模型,计算机模拟是建立数学模型的基础,物理模型则是验证数学模型和计算机模拟的重要工具。
2.2 模拟方法空气动力学的模拟方法主要有试验室模拟和计算机模拟。
试验室模拟是基于实验数据建立的,而计算机模拟则是基于数学模型和计算机技术进行的。
2.3 计算方法空气动力学的计算方法包括常备方法、有限元法、有限体积法和背景网格法等。
这些方法可以帮助工程师分析飞行器外形和性能。
三、飞行控制系统3.1 定义飞行控制系统是指对飞行器运动状态进行监测和控制的电子设备和仪器。
它可以确保飞行器在整个飞行过程中能够保持所需的飞行高度、速度和航向等。
3.2 飞行控制系统的组成飞行控制系统通常由传感器、执行器、计算机和配电系统等组成。
传感器主要用于监测飞行器的运动状态,执行器则是根据计算出的控制指令来调整飞行器的运动状态。
3.3 飞行控制系统的应用飞行控制系统广泛应用于民用和军用飞机、直升机和无人机等飞行器,以确保其安全和稳定性。
空气动力学部分知识要点
空气动力学部分知识要点空气动力学及飞行原理课程空气动力学部分知识要点一、流体属性与静动力学基础1、流体与固体在力学特性上最本质得区别在于:二者承受剪应力与产生剪切变形能力上得不同。
2、静止流体在剪应力作用下(不论所加剪切应力τ多么小,只要不等于零)将产生持续不断得变形运动(流动),换句话说,静止流体不能承受剪切应力,将这种特性称为流体得易流性。
3、流体受压时其体积发生改变得性质称为流体得压缩性,而抵抗压缩变形得能力与特性称为弹性。
4、当马赫数小于0、3时,气体得压缩性影响可以忽略不计。
5、流层间阻碍流体相对错动(变形)趋势得能力称为流体得粘性,相对错动流层间得一对摩擦力即粘性剪切力。
6、流体得剪切变形就是指流体质点之间出现相对运动(例如流体层间得相对运动)流体得粘性就是指流体抵抗剪切变形或质点之间得相对运动得能力.流体得粘性力就是抵抗流体质点之间相对运动(例如流体层间得相对运动)得剪应力或摩擦力。
在静止状态下流体不能承受剪力;但就是在运动状态下,流体可以承受剪力,剪切力大小与流体变形速度梯度有关,而且与流体种类有关7、按照作用力得性质与作用方式,可分为彻体力与表面力(面力)两类。
例如重力,惯性力与磁流体具有得电磁力等都属于彻体力,彻体力也称为体积力或质量力.8、表面力:相邻流体或物体作用于所研究流体团块外表面,大小与流体团块表面积成正比得接触力.由于按面积分布,故用接触应力表示,并可将其分解为法向应力与切向应力:9、理想与静止流体中得法向应力称为压强,其指向沿着表面得内法线方向,压强得量纲就是[力]/[长度]210、标准大气规定在海平面上,大气温度为15℃或T0= 288、15K,压强p0=760毫米汞柱=101325牛/米2,密度ρ0 = 1、225千克/米311、从基准面到11 km 得高空称为对流层,在对流层内大气密度与温度随高度有明显变化,温度随高度增加而下降,高度每增加1km,温度下降6、5 K.从11km到21km得高空大气温度基本不变,称为同温层或平流层,在同温层内温度保持为216、5K。
空气动力学基础--空气动力学 ppt课件
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7
体积流量
Q Av
质量流量
qm Av
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8
2.2 流体流动的基本规律
2.2.1 连续方程
连续方程是质量守恒定律在流体定常流动中的应用。 连续方程:
1 A1v1 2 A2v2 3 A3v3 ...
2.3.2机身的几何形状和参数
为了减小阻力, 一般机身前部为圆头锥体, 后都为尖 削的锥体,中间较长的部分为等剖面柱体。
表示机身儿何形状特征的参数
机身长度Lah 最大当量直径Dah 长细比λah =Lah/Dah
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2.4 作用在飞机上的空气动力
2.4.1 空气动力、升力和阻力 2.4.2 升力的产生 2.4.3 阻力 2.4.4 升力和阻力 2.4.5 升力系数曲线、阻力系数曲线和升阻比曲线、极
连续介质
组成介质的物质连成一片,内部没有任何空隙。
在其中任意取一个微团都可以看成是由无数分子组成 ,微团表现出来的特性体现了众多分子的共同特性。
微小的局部也可代表整体
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2.1.3 流场、定常流和非定常流
流场
流体流动所占据的空间。
非定常流
在流扬中的任何一点处,如果流体做困流过时的流动多数随 时间变化,称为非定常流;这种流场被称为非定常流场。
曲线 2.4.6 机翼的压力中心和焦点(空气动力中心)
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2.4.1 空气动力、升力和阻力
空气动力
空气作用在与之有相对运动物体上的 力称为空气动力。
飞机飞行时,作用在飞机各部件上 的空气动力的合力叫做飞机的总空 气动力, 用R 表示。
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1第一章空气动力学基础知识(总14页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面,使用请直接删除第四单元飞机与飞机系统第一章空气动力学基础知识大气层和标准大气地球大气层地球表面被一层厚厚的大气层包围着。
飞机在大气层内运动时要和周围的介质——空气——发生关系,为了弄清楚飞行时介质对飞机的作用,首先必须了解大气层的组成和空气的一些物理性质。
根据大气的某些物理性质,可以把大气层分为五层:即对流层(变温层)、平流层(同温层)、中间层、电离层(热层)和散逸层。
对流层的平均高度在地球中纬度地区约11公里,在赤道约17公里,在两极约8公里。
对流层内的空气温度、密度和气压随着高度的增加而下降,并且由于地球对大气的引力作用,在对流层内几乎包含了全部大气质量的四分之三,因此该层的大气密度最大、大气压力也最高。
大气中含有大量的水蒸气及其它微粒,所以云、雨、雪、雹及暴风等气象变化也仅仅产生在对流层中。
另外,由于地形和地面温度的影响,对流层内不仅有空气的水平流动,还有垂直流动,形成水平方向和垂直方向的突风。
对流层内空气的组成成分保持不变。
从对流层顶部到离地面约30公里之间称为平流层。
在平流层中,空气只有水平方向的流动,没有雷雨等现象,故得名为平流层。
同时该层的空气温度几乎不变,在同一纬度处可以近似看作常数,常年平均值为摄氏零下度,所以又称为同温层。
同温层内集中了全部大气质量的四分之一不到一些,所以大气的绝大部分都集中在对流层和平流层这两层大气内,而且目前大部分的飞机也只在这两层内活动。
中间层从离地面30公里到80至100公里为止。
中间层内含有大量的臭氧,大气质量只占全部大气总量的三千分之一。
在这一层中,温度先随高度增加而上升,后来又下降。
中间层以上到离地面500公里左右就是电离层。
这一层内含有大量的离子(主要是带负电的离子),它能发射无线电波。
在这一层内空气温度从-90℃升高到1 000℃,所以又称为热层。
高度在150公里以上时,由于空气非常稀薄,已听不到声音。
散逸层位于距地面500公里到1 600公里之间,这里的空气质量只占全部大气质量的1011-,是大气的最外一层,因此也称之为“外层大气”。
大气的物理性质大气的物理性质主要包括:温度、压强、密度、粘性和可压缩性等。
气体的压强p是指气体作用于容器内壁的单位面积上的正压力。
大气的压强是指大气垂直地作用于物体表面单位面积上的力。
随着高度的增加,由于大气越来越稀薄,大气的压强逐渐降低。
气体的温度T表征气体的冷热程度,是与气体分子运动密切相关的。
温度的度量单位常用摄氏温标t[℃]和绝对温标T[K]来表示。
从微观来看,气体分子作不规则的热运动时,它的运动平均动能越大,则宏观表现为温度越高。
气体分子运动的平均动能与绝对温度成正比。
在绝对温标零点,理想气体的分子热运动就终止了。
单位体积物体所含有的质量称为密度。
在国际单位制中,密度的单位是千克/米3。
空气的密度与压力的变化成正比,与温度的变化成反比。
随着高度的增加,大气的密度逐渐降低。
当气体层间发生相对运动或气体与物体间发生相对运动时,在气体内部两个流体层接触面上或者在气体与物体的两个接触面上,便产生相互牵扯和相互粘连的内摩擦力,流体的这种性质称为粘性。
粘性是流体的固有属性之一。
流体粘性力的大小可以用流体的粘性系数μ来表示。
不同流体的粘性系数各不相同,同一流体的粘性系数也与温度有关。
液体的粘性系数随温度的升高而降低,而气体的粘性系数则随温度的升高而增大。
流体在压强或温度改变时,能改变其原来体积及密度的特性,称为流体的可压缩性。
标准大气飞行中作用在飞机上的空气动力和发动机推力,在其它条件相同的情况下,取决于介质(大气)的压强、温度及其它物理性质。
大气的压强、密度和温度等参数在地球表面不同的几何高度上,在不同的纬度上,不同的季节,以及一天内不同的时间上是各不相同的。
这样一来,同一飞机在不同的时间、不同地点所进行的同一种纲目飞行的结果也就各不相同了。
为了便于作性能计算,便于整理飞行试验数据,便于同一类飞机进行性能比较,国际航空界根据多年观测北半球中等纬度区域内,各高度上的大气压强、温度、密度等的年平均值的结果。
将大气参数加以模型化,制定了国际标准大气表。
流体力学的基本概念连续性假设流体和一切物体都是由分子组成的,显然分子之间是有空间的。
从微观的角度来看,流体的物理量在空间是不连续分布的,同时由于分子的随机运动,又导致任一空间点上的流体物理量对于时间的不连续性。
由此可见,流体物理量的分布,从微观的角度来看,在空间和时间都是不连续的。
但是我们在流体力学中讨论的问题的特征尺寸(如飞机)往往远大于流体的分子距离。
这样,我们有理由引进流体的连续介质模型:即将真正的流体看成是由稠密而无间隙的连续介质所组成的。
流体既被看成是连续介质,则反映宏观流体的各种物理量都是空间和时间的连续函数。
因此,在以后的讨论中都可以引用连续函数的数学分析工具,来研究流体各种运动状态下的有关物理量之间的数量关系。
当然,流体连续介质模型是一个具有相对意义的概念。
根据上述连续介质模型,把介质看成是连绵一片的流体,介质所占据的空间里到处都弥散着这种介质,而不再有空隙。
低速空气动力学、高速空气动力学,甚至高超音速空气动力学都是在连续介质这样一个模型下进行研究的。
只有到了外层大气,如在120—150公里的高度上,空气分子平均自由行程(一个分子在与另一个分子发生碰撞前所行经的平均路程)大约与飞机的尺寸处于同一数量级,在200公里的高度上,分子的平均自由行程有好几公里。
这时空气再也不能认为是连续介质了。
运动转换原理当飞机在原来静止的空气中作等速直线飞行时,将引起物体周围空气的运动,同时空气将给飞机以作用力。
因此研究静止气流中飞机作等速直线运动所受的力问题可以转变为让飞机静止,以一股直匀的气流迎面吹来,两者所受的力是相等的。
这就是所谓的运动转换原理。
无论是实验还是理论计算,这个原理都是常用的。
低速流动特性流体的连续性定理在一个容器中充满液体,把进口和出口的开关同时打开,让液体从容器中经过剖面面积不等的管道流出,同时保持容器内液体表面的位置不变(如图1-1所示)。
这时,流体的流动是不随时间而变化的,因而是稳定的流动。
如果流体流动的速度不太高,把流体看作是不可压缩的,即在流动过程中流体的密度不发生变化。
同时流体既没有流入也没有流出。
那么,管道剖面面积小的地方流速大,而管道剖面面积大的地方流速小。
常量==222111ρρv s v s (1-1)流体的伯努利定理在上述流体的连续性实验装置中,如果在不同的剖面管道上装有液体压强计,则可以从压强计内液面的高低得出不同剖面的管道内流体静压的大小。
实验表明:在管道剖面面积大的地方,流体的静压也大,在管道剖面面积小的地方,流体的静压也小。
1738年瑞士物理学家伯努利首先推导出不同剖面的管道内流体的流速和静压之间的关系为v p v p v p 233322222111212121ρρρ+=+=+= 常量 (1-2) 或 p v p 0221=+ρ (1-3)上式称为流体的伯努利方程。
式中p 称为静压,v 221ρ称为动压,而p 0称为总压。
这里需要指出的是,在推导流体的伯努利方程时,要求在管道中流动的流体能量既不增加也不减少,因此它只能用于理想流动,即不考虑流体在流动过程中的能量损失。
图1-1 管道中流体的流动1—容器;2—管道;3—进口开关;4—出口开关;5—玻璃管流动状态流体的流动有两种状态:一种是流体微团分层地流动,各层之间不互相混淆,称为层流;另一种是流体微团作杂乱无章的运动,分不清层与层的界限,称为紊流。
流体微团运动时,每一微团都要受到粘性力(与分子的热运动有关)与惯性力(与微团加速度运动有关)的作用。
粘性力起的作用占主导地位,流动将呈层流状态;惯性力起的作用占主导地位,流动则由层流状态转变为紊流状态。
附面层当气流流经物体(如机翼)时,由于实际气体存在粘性,就在绕流物体的周围存在两个不同的流动区域,一是紧贴在物体表面的一个薄层(图1-2之a)及尾迹(图1-2之b),另一是外部流动区(图1-2之c)。
紧贴在物体表面的这个薄层称为附面层,其厚度顺着气流是逐渐加厚的。
在附面层内,必须考虑流体粘性的作用,而在外部流动区,粘性的影响可以忽略,即可将流体视为理想气体。
若沿物体表面某点处的法线把附面层放大来看,可得到附面层内流速分布的图象(如图1-3所示)。
在物体的表面处,流速为零,沿法线向外,流速逐渐增大,直到等于外部流动的流速。
通常把流速达到外部流速的99%这一点离表面的距离,称为该处附面层的厚度δ。
在绕流物体的前缘,δ值为零,至后缘附近,δ达到最大值。
一般情况下,δ值约为绕流物体长度的1%左右。
图1-2 绕过机翼的粘性气流 a -附面层;b —尾迹;c —自由流 图1-3 附面层内的流速分布按流体的流动状态,可以把附面层分成层流附面层和紊流附面层。
经常遇到的是一种混合附面层状态:在物体前部是层流附面层,而在后部则是紊流附面层(如图1-4所示)。
由层流附面层转为紊流附面层的那一点称为“转捩点”,如图1-4(c)中的T点所示。
机身和机翼表面上的转捩点位置将随着流速的增大而前移。
另外,物体表面越粗糙,转捩点越靠前。
上面说的是附面层没有从物体表面分离的情况。
当气流流过流线型较差的物体时,由于流速下降,压强增大,逐渐使得后部的附面层加厚,以致使附面层中的气流发生倒流,如图1-5所示。
图中A点即为气流分离点。
附面层发生分离后,将在物体后部形成涡流区(如图1-6所示)。
附面层分离区和物体后部涡流区内的压强要比物体前部的小,因此,物体前部受到的压力要比后部受到的压力大,于是就形成了所谓的“压差阻力”,也称为形状阻力。
有关压差阻力的概念,我们将在下一章中作详细的介绍。
图1-4 附面层流动状态图a-层流;b—紊流;c—混合附面层图1-5 附面层的分离图1-6 涡流区附面层发生气流分离后,压差阻力急剧上升,导致总阻力的迅猛增大。
压差阻力除与物体的外形有关外,还与它的表面光洁度、来流速度的大小和来流初始紊流度有关。
由此可见,飞机的流线型外形和光洁的表面对降低阻力具有极其重要的意义。
翼型所谓翼型就是沿着飞机机身纵轴平行的方向剖一刀,所剖开来的剖面形状(通常也称为“翼剖面”),如图1-7所示。
所谓机身纵轴就是从机头到机尾贯穿机身的那条轴线。
一般翼剖面的前端圆钝、后端尖锐,上边较弯、下边较平,上下不对称,很象一条去掉尾巴的鱼的形状。
翼剖面最前端的一点称为“前缘”,最后端的一点称为“后缘”。
前缘与后缘之间的连线称为“翼弦”,也称为“弦线”。
翼弦或弦线的长度称为弦长,通常用b来表示。