空氣動力學(xué)總結(jié)

1、班級：JS001105 學(xué)號：2011300092 姓名：程云鶴注西北工業(yè)大學(xué)/空氣動力學(xué)/前六章的簡單總結(jié)第一章空氣動力學(xué)中的基本變量有：壓強，是作用在單位面積上的正壓力，該力是由于氣體分子在單位時間內(nèi)對面發(fā)生沖擊（或穿過該面）而發(fā)生的動量變化，密度，定義為單位體積內(nèi)的質(zhì)量，密度具有點屬性， 溫度，反應(yīng)平均分子動能，在高速空氣動力學(xué)中有重要作用。速度，流動速度是指當一個非常小的流體微元通過空間某任意一點的速度。粘性系數(shù)，空氣動力及力矩的來源有兩個：物體表面的壓力分布 物體表面的剪應(yīng)力分布。氣動力的描述有兩種坐標系：風(fēng)軸系和體軸系。力矩與所選的點有關(guān)系，抬頭為正，低頭為負。氣動力系數(shù)是比空氣動

2、力及力矩更基本且反映本質(zhì)的無量綱系數(shù)，在三維中的力系數(shù)與二維中有差別，如：升力系數(shù)（3D），（2D）壓力中心，作用翼剖面上的空氣動力，可簡化為作用于弦上某參考點的升力L,阻力D或法向力N，軸向力A及繞該點的力矩M。如果繞參考點的力矩為零，則該點稱為壓力中心，顯然壓力中心就是總空氣動力的作用點。在等式中，等號左邊和等號右邊各項的的量綱應(yīng)相同，某些物理變量可以用一些基本量（組合）來表達，據(jù)此有了量綱分析法。在教材上，通過量綱分析法引出了雷諾數(shù)Re和馬赫數(shù)M，這兩個參數(shù)被稱作相似參數(shù)。自由來流的馬赫數(shù)Re=慣性力/黏性力，馬赫數(shù)M=，馬赫數(shù)可以度量壓縮性，飛行器飛行的速度越大，M就越大，飛行器前面的

3、空氣就壓縮的越厲害，因此M可以作為判斷空氣受到壓縮程度的指標。判斷流動動力學(xué)相似的標準是：物體的幾何外形相似 相似參數(shù)相同，即馬赫數(shù)和雷諾數(shù)。流動類型：當分子對物體表面的碰撞很頻繁以致于物體不能分辨出單個分子碰撞，這時，對物體表面而言流體是連續(xù)介質(zhì)，這樣的流動成為連續(xù)流動。如果流動中沒有摩擦、熱傳導(dǎo)或者擴散，那么這樣的流動被稱為無黏流動。密度是常數(shù)的流動稱作不可壓縮流動，密度變化的流動是可壓縮流動。馬赫數(shù)區(qū)域：如果流動中任意一點的馬赫數(shù)都小于1，那么流動是亞音速的。既有M1的區(qū)域成為跨音速區(qū)域。如果流場中任意一點的馬赫數(shù)都大于1，該流動是超音速的。當足夠大，以至于黏性相互作用和/或者化學(xué)反應(yīng)在

4、流動中占首要地位，這樣的流動稱為高超聲速流動。大部分空氣動力流動的理論分析都把遠離物體的區(qū)域作為無黏流動來考慮，只將緊挨著物體表面的包含耗散效應(yīng)的薄層區(qū)域作為黏性流動來考慮。緊挨物體的薄層黏性區(qū)域叫做邊界層。第二章空氣力系數(shù)在確定飛機性能和設(shè)計時是非常重要的工程指標。設(shè)計的目的是在獲得必需的升力的同時產(chǎn)生盡可能小的阻力。數(shù)量場的梯度，p的梯度定義為這樣的一個矢量：它的量值就是p在這個給定點單位空間長度上的變化率的最大值它的方向就是p在這個給定點最大變化率的最方向。在笛卡爾坐標系中p=p(x,y,z),則矢量場的散度，固定質(zhì)量的流體微元的單位體積的體積時間變化率等于速度矢量的散度，用表示。在笛卡

5、爾坐標系中V=V(x,y,z)=,則有散度矢量場的旋度，是速度矢量V的旋度的一半，V的旋度表示為，在笛卡爾坐標系中V=V(x,y,z)=，則有線積分，面積分和體積分之間的關(guān)系可應(yīng)用于計算中（斯托克斯定理，散度定理和梯度定理），斯托克斯定理如下描述流體的模型有：有限控制體模型無限小流體模型分子模型速度散度的數(shù)學(xué)描述及物理含義：，該式表明速度矢量的散度在物理上代表了一個運動的流體微元單位體積的體積時間變化率。流動的基本控制方程：連續(xù)方程，把質(zhì)量守恒的物理原理應(yīng)用到固定于空間的有限體積控制體的最終結(jié)果。它是流體力學(xué)的最基本方程之一。動量方程，在流場中，流體除了要滿足質(zhì)量守恒之外，還要滿足動量守恒。也

6、就是說流體的動量隨時間的變化率與流體所受的體積力和表面力的和是相等的。把這個相等關(guān)系用數(shù)學(xué)關(guān)系式表示，即是動量方程。能量守恒，能量守恒的數(shù)學(xué)表示形式就是能量方程。實質(zhì)導(dǎo)數(shù)，是表示當一個流體微元運動通過點1時它的密度的瞬時時間變化率的符號。按定義，這個符號叫做實質(zhì)導(dǎo)數(shù)（或物質(zhì)導(dǎo)數(shù)，隨體導(dǎo)數(shù)），實質(zhì)導(dǎo)數(shù)等于當?shù)貙?dǎo)數(shù)加上遷移導(dǎo)數(shù)。跡線，當微元A從點1開始向下游運動時，它的運動路徑定義為微元的跡線。流線，是這樣的一種曲線，其上任意一點的切向皆為這一點的速度方向。染色線是指在一段時間內(nèi)一些流體微元通過相同一點所連接起來的線。流體微元（團）的旋轉(zhuǎn)角速度為速度矢量的旋度（渦量）為變形（應(yīng)變率）為，流體旋度的

7、總效應(yīng)是以速度環(huán)量來體現(xiàn)的：流函數(shù)為，流函數(shù)的存在是根據(jù)二維不可壓縮流動的連續(xù)方程得來的，而連續(xù)方程總是成立的，所以凡是二維不可壓縮流動，流函數(shù)必定存在。速度勢，對于一個標量函數(shù)，流動的速度可由的梯度給出。我們稱為速度勢。第三章伯努利方程為 along a streamline through the flow（對于無旋流）壓強系數(shù)為，對于不可壓縮流動，可以只用速度來表示，無旋不可壓縮流動的控制方程（拉普拉斯方程）：四種基本流動：均勻流：有一來流速度大小為的均勻流動，其速度方向與x軸同向，此均勻流動滿足的關(guān)系，所以均勻流動可以看成是無旋不可壓縮流動。源流：a.源流是一種不可壓縮流動，即。但源點

8、除外，因為此點位奇點。B.源流動在任意點處（除源點）都是無旋的。偶極子流動：在一個源-匯對的的演變中，l趨與0，產(chǎn)生偶極子流動。渦流：所有的流線都是關(guān)于一個點的同心圓，此外，任意給定的圓形流線上的速度是恒定的，速度的大小與到圓心的距離成反比，這樣的流動稱為渦流。幾種基本流動疊加合成的典型流動：均勻流與點源和點匯的疊加，繞圓柱的無升力流動（均勻流與偶極子的疊加），繞圓柱的有升力流動。庫塔-茹科夫斯基定理，其中第四章對機翼的氣動分析可以分為兩部分：對機翼剖面（即翼型）的研究；和對翼型氣動特性的修正以應(yīng)用于完整的有限翼展機翼。在翼型描述中的幾個術(shù)語有：中弧線（mean camber line），前緣

9、（leading edge），后緣（trailing edge），弦線（chord line），彎度（camber），厚度（thickness），弦長（chord length)。中弧線上的所有點位于上下表面的中點，即在中弧線各點沿垂直方向測量距離時，各點與上下表面間的距離相等。中弧線頭部和尾部的點分別稱為前緣和后緣。連接翼型前緣點和后緣點的直線叫弦線，前緣點到后緣點的直線距離記為翼型的弦長c,彎度是指沿著垂直于弦線方向測量的彎度線到弦線的最大距離。厚度是指垂直于弦線方向上下表面間的最大距離。翼型參數(shù)。為翼型升力系數(shù)；升力為0時對應(yīng)的迎角叫零升力迎角，記為；阻力和分離導(dǎo)致的壓差阻力（又叫做形狀

10、阻力），兩者之和即為翼型的型阻系數(shù)；在翼型上存在著一個特殊的位置點，對該點的力矩大小不隨迎角的變化而變化，這個點稱為氣動中心。對庫塔條件的說明和總結(jié)：對于給定形狀且給定迎角的翼型，繞翼型的環(huán)量大小恰好使得流體光滑流過后緣點。如果翼型后緣夾角為有限大小，則后緣點位駐點如果翼型后緣夾角為0，則沿上下表面流過翼型后緣的速度為相等的有限值。開爾文環(huán)量定理： 它表明由相同流體微團所形成的封閉曲線上的環(huán)量對時間的變化率為0薄翼型的薄翼理論，翼型用布置在彎度線上的渦面模擬。對稱翼型的氣動特性：翼型的升力系數(shù)與幾何迎角成正比，且?guī)缀斡菫?時，升力系數(shù)也為0翼型的升力線斜率為2翼型的壓力中心和氣動中心都在1/

11、4弦線處。表面摩擦阻力的估計：層流流動 表面摩擦阻力的估計：湍流流動 轉(zhuǎn)捩：由前緣開始的流動總是層流。接著在前緣點下游某點處，層流邊界層開始失穩(wěn)，并且流動中開始觸發(fā)小的湍流，經(jīng)過一段叫做轉(zhuǎn)捩區(qū)的區(qū)域后，邊界層變成完全的湍流。臨界雷諾數(shù)=流經(jīng)翼型的真實流動中存在前緣失速和后緣失速。升阻比L/D是衡量翼型氣動效率的一個標尺，最大升力系數(shù)。為了提高最大升力系數(shù)，可以采用高升力裝置，如襟翼和前緣縫翼。另外，厚度也是影響最大升力系數(shù)的關(guān)鍵。第五章實際作用在亞聲速機翼上的總阻力是由誘導(dǎo)阻力，表面摩擦阻力及流動分離產(chǎn)生的壓差阻力構(gòu)成的。由黏性引起的阻力又稱為型阻。型阻系數(shù)定義為 誘導(dǎo)阻力系數(shù)為機翼的翼梢旋渦會在機翼周圍產(chǎn)生一個小的向下的誘導(dǎo)速度。這一由尾旋渦誘導(dǎo)出一個很小的向下的速度分量，稱之為下洗速度，用表示由于下洗的存在，以及下洗使得相對來流向下偏轉(zhuǎn)的效應(yīng)，對當?shù)匾硇推拭婢哂幸韵聝蓚€重要的影響：當?shù)匾硇推拭嬲嬲惺艿降挠鞘且硇拖揖€與當?shù)叵鄬砹髦g的夾角，定義為有效迎角。各翼型剖面的當?shù)厣Ψ较蚺c當?shù)叵鄬砹鞣较虼怪保瓷Ψ较蛟谂c來流垂直向上的基礎(chǔ)上又向后偏轉(zhuǎn)了一個角。所以當?shù)厣κ噶吭趤砹鞣较蛏蠒a(chǎn)生一個分量，這個分量叫做誘導(dǎo)阻力。普朗特升力線理論的基本方程為 橢圓升力分布：環(huán)量隨展向距離呈橢圓關(guān)系變化。因此這種環(huán)量分布稱為橢圓環(huán)量分布。第六章本章為三維不可壓流，與二維流動進行對比