空氣動(dòng)力學(xué)原理

1、空氣動(dòng)力學(xué)原理氣流繞過物體的流動(dòng)1.勢(shì)函數(shù)的性質(zhì)1）等勢(shì)面與流線垂直 將流場(chǎng)中速度勢(shì)相等的點(diǎn)連接起來，形成一個(gè)空間曲面，稱為等勢(shì)面。在平面流中，稱為等勢(shì)線。在等勢(shì)面上 2）速度勢(shì)在任何一個(gè)方向上的偏導(dǎo)數(shù)，等于速度在該方向上的投影 根據(jù)數(shù)學(xué)上方向?qū)?shù)的概念，速度勢(shì)在任意方向l上的方向?qū)?shù)為 3）在勢(shì)流場(chǎng)中，沿任意封閉曲線的速度環(huán)量為零。 2.流函數(shù) 1）流函數(shù)的等值線與流線重合 3.平行流 就是流體質(zhì)點(diǎn)以相同的速度相互平行地作等速直線運(yùn)動(dòng)。 存在速度勢(shì) 當(dāng)常數(shù)時(shí)，x常數(shù)，所以等勢(shì)線是xc的一族與y軸平行的直線。 存在流函數(shù)平行流的等勢(shì)線和流線圖 流體從平面上一點(diǎn)均勻地向四周流出，一直流向無窮遠(yuǎn)處

2、，這樣的流動(dòng)稱為平面點(diǎn)源。流體流出的點(diǎn)稱為源點(diǎn)，單位時(shí)間內(nèi)流出的體積流量稱為源強(qiáng)，用qv表示。 速度 勢(shì)函數(shù) 4.偶極子 一對(duì)等強(qiáng)度的點(diǎn)源和點(diǎn)匯距離為零時(shí)，稱偶極子 5.平行流繞圓柱體無環(huán)流流動(dòng) 阻力定義 粘性阻力 物體前后壓力dydu 圓柱表面的壓強(qiáng)分布2、翼型受力、翼型受力分析分析 環(huán)流的存在環(huán)流的存在導(dǎo)致了葉片的導(dǎo)致了葉片的工作。工作。 F F翼葉上受的氣動(dòng)力，與翼弦翼葉上受的氣動(dòng)力，與翼弦ABAB垂直；垂直；F FL L作用在風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)平面上升力；作用在風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)平面上升力；F FD D作用在垂直風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)平面上阻力。作用在垂直風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)平面上阻力。(a) 00迎角繞流迎角繞流(a) 00迎角

3、繞流迎角繞流(b) 50迎角繞流迎角繞流翼型繞流圖畫(c) 150迎角繞流迎角繞流(d) 200迎角繞流迎角繞流 升力與阻力升力與阻力(D為阻力，為阻力，L為升力為升力 ) 平板與氣流方向垂直時(shí)的情況，此時(shí)平板受到的阻力最大，升力為零 當(dāng)平板靜止時(shí)，阻力雖大但并未對(duì)平板做功；當(dāng)平板在阻力作用下運(yùn)動(dòng)，氣流才對(duì)平板做功；如果平板運(yùn)動(dòng)速度方向與氣流相同，氣流相對(duì)平板速度為零，則阻力為零，氣流也沒有對(duì)平板做功。一般說來受阻力運(yùn)動(dòng)的平板當(dāng)速度是氣流速度的20%至50%時(shí)能獲得較大的功率。 當(dāng)平板與氣流方向平行時(shí)，平板受到的作用力為零（阻力與升力都為零） 當(dāng)平板與氣流方向有夾角時(shí)，在平板的向風(fēng)面會(huì)受到氣流

4、的壓力，在平板的下風(fēng)面會(huì)形成低壓區(qū)，平板兩面的壓差就產(chǎn)生了側(cè)向作用力F，該力可分解為阻力D與升力L。 當(dāng)夾角較小時(shí)，平板受到的阻力D較?。淮藭r(shí)平板受到的作用力主要是升力L。 截面為流線型的翼片阻力很小，即使與氣流方向平行也會(huì)有升力，因?yàn)橐砥戏綒饬魉俣缺认路娇欤鷵?jù)流體力學(xué)的伯努利原理，上方氣體壓強(qiáng)比下方小，翼片就受到向上的升力作用。 當(dāng)翼片與氣流方向有夾角（該角稱攻角）時(shí)，升力會(huì)增大，阻力也會(huì)增大，平衡這一利弊，一般說來攻角為8至15度較好。超過15度后翼片上方氣流會(huì)發(fā)生分離，產(chǎn)生渦流，升力會(huì)迅速下降，阻力會(huì)急劇上升。 vCFALL221212rFC AvvCFADD221氣流作用力阻 力升

5、 力vFCALL221vFCADD221升力系數(shù)阻力系數(shù)總的空氣動(dòng)力系數(shù) vCAFr221222yxFFFCCCDLr222 對(duì)于同一種翼型（截面形狀），其升力系數(shù)和阻力系數(shù)的比值，被稱為升阻比（k）： DLCCk 壓力中心壓力中心 正常工作的翼片受到下方的氣流壓力與上方氣流的吸力，這些力可用一個(gè)合力來表示，該力與弦線（翼片前緣與后緣的連線）的交點(diǎn)即為翼片的壓力中心。對(duì)于普通薄翼型，在攻角在5至15度時(shí)，壓力中心約在翼片前緣開始的1/4的位置。 LAMvCM221翼的俯仰力矩翼的俯仰力矩翼的俯仰力矩系數(shù)翼的俯仰力矩系數(shù)LAMvCM221L-翼的弦長(zhǎng)翼的弦長(zhǎng)(蘇紹禹蘇紹禹) 相對(duì)風(fēng)速相對(duì)風(fēng)速 下圖是一個(gè)風(fēng)力機(jī)的葉片截面，當(dāng)葉片運(yùn)動(dòng)時(shí)，葉片感受到的風(fēng)速稱為相對(duì)風(fēng)速w，它是葉片的線速度（矢量）u與風(fēng)進(jìn)葉輪前的速度（矢量）v的合成矢量 w=u+v 葉片翼型的空氣動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)1、葉