空氣動力學(xué)基礎(chǔ)01大氣物理學(xué)

1、空氣動力學(xué)與飛行原理空氣動力學(xué)與飛行原理第1章 大氣物理學(xué)n知識要求n掌握大氣物理學(xué)基本概念n熟記大氣物理相關(guān)常用參數(shù)的定義、概念和單位n了解氣象活動對飛行的影響、大氣成分對機(jī)體腐蝕的影響n大氣n包圍地球并隨地球一起運(yùn)轉(zhuǎn)的空氣層n航空器的飛行與大氣層密切相關(guān)1.1 大氣的重要物理參數(shù)n大氣的成分n氮?dú)?78%n氧氣 21%n其他 1%n大氣分子的運(yùn)動n壓力、熱能n物理參數(shù)n溫度、壓力、密度n粘性、壓縮性、濕度、音速1.1.1 大氣密度n大氣密度n單位體積內(nèi)的空氣質(zhì)量Vm1.1.2 大氣溫度n大氣溫度n大氣層內(nèi)空氣的冷熱程度n單位攝氏溫度、華氏溫度 、絕對溫度Kn三種溫度的換算關(guān)系1.1.3 大

2、氣壓力n大氣壓力n大氣層內(nèi)空氣的壓強(qiáng)，即物體單位面積上承受的空氣的垂直作用力。n產(chǎn)生原因n上層空氣的重力對下層空氣造成了壓力n空氣分子不規(guī)則的熱運(yùn)動n因為大氣壓力隨高度和溫度變化，所以規(guī)定在海平面溫度為15 時的大氣壓力為一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓1.1.4 粘性n粘性n流體內(nèi)兩相鄰流層的流速不同時，或流體與物體間發(fā)生相對運(yùn)動時，兩個流層接觸面上或流體和物體接觸面上便產(chǎn)生相互粘滯和相互牽扯的力，這種特性就是流體的粘性。n氣體的粘度系數(shù)隨溫度升高而增大；液體的粘度系數(shù)隨溫度升高而減小。n影響空氣粘性的兩個重要因素是n速度梯度和溫度1.1.5 可壓縮性n可壓縮性n空氣的可壓縮性是指一定量的空氣在壓力或溫度變化

3、時，其體積和密度發(fā)生變化的特性。n在相同的壓力變化量的作用下，密度的變化量越大的物質(zhì)，可壓縮性就越大。液體的密度變化量極小，可以看作是不可壓縮的?？諝庥捎诜肿又g距離較大、分子之間吸引力較小，它的可壓縮性表現(xiàn)得十分明顯。n當(dāng)大氣流過飛行器表面時，在一些部位氣流速度增加，氣流的壓力會減小，密度也會隨之下降nMa0.41.1.6 濕度n濕度n指大氣的潮濕程度，通常用相對濕度來表示。n相對溫度是指大氣中所含水蒸氣的量與同溫度下大氣能含有的水蒸氣最大量之比n水蒸氣的密度約等于干空氣的5/8 ，含有水蒸氣的空氣比干空氣密度小、重量輕n飛機(jī)在潮濕天氣起飛時，需要的跑道長度要比在干燥天氣起飛時的跑道長。1.

4、1.7 音速n音速n小擾動在介質(zhì)中的傳播速度。n不同介質(zhì)下：n相同介質(zhì)下：pa2Ta1.201.2 大氣層的構(gòu)造n大氣分為五層n對流層n平流層n中間層n電離層（熱層）n散逸層1.3 國際標(biāo)準(zhǔn)大氣（ISA）n1.3.1 國際標(biāo)準(zhǔn)大氣的制定n大氣的物理性質(zhì)是變化的，使航空器上產(chǎn)生的空氣動力也發(fā)生變化，影響飛行性能；n為便于設(shè)計、試驗和分析航空器性能，需要建立一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，即標(biāo)準(zhǔn)大氣。n國際民航組織（ICAO）根據(jù)對北緯40 50區(qū)域的地球大氣多年觀測的結(jié)果，加以模型化，給出的一種假想的大氣模型。n國際標(biāo)準(zhǔn)大氣包括以下內(nèi)容：n1.完全氣體狀態(tài)方程：壓力不變：密度和溫度成反比。溫度不變：密度和壓力成

5、正比。密度不變：壓力與溫度成正比。n2.海平面處H=0。該處的物理參數(shù)：n3.根據(jù)海平面大氣物理參數(shù)，計算出各個高度上標(biāo)準(zhǔn)大氣的物理參數(shù)。RTp高 度溫 度 壓 力密 度H(m)T(K)t()p(kPa)p(mmHg)p/p0(kg/m3)/0-1000294.6521.50113.93854.551.12441.34701.0996-500291.4018.25107.47806.151.06071.28491.04890288.1515.00101.325760.001.00001.22501.00001000281.658.5089.876674.120.88701.11170.9075

6、2000275.152.0079.501596.300.78461.00660.82173000268.66-4.4970.121525.950.69200.90930.74234000262.17-10.9861.660462.490.60850.81940.66895000255.28-17.4754.048405.390.53340.73640.60126000249.19-23.9647.217354.160.46600.66010.53897000242.70-30.4541.105308.310.40570.59000.48178000236.22-36.9335.651267.4

7、00.35190.52580.42929000229.73-43.4230.800231.020.30400.46710.381310000223.25-49.9026.499198.760.26150.41350.337611000216.77-56.3822.699170.260.22400.36480.297812000216.65-56.5019.399145.500.19150.31190.254613000216.65-56.5016.579124.350.16360.26660.217614000216.65-56.5014.170106.280.14000.22790.1860

8、15000216.65-56.5012.11190.850.11950.19480.1590n1.3.2 標(biāo)準(zhǔn)大氣的應(yīng)用n標(biāo)準(zhǔn)大氣排除了地理坐標(biāo)、季節(jié)和晝夜對大氣特性的影響，因而可用于比較飛機(jī)飛行性能的計算結(jié)果和試飛結(jié)果。把實際飛行性能換算到標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)，必須進(jìn)行各種修正。n推算實際大氣情況下的飛行性能，將基于溫度偏差基準(zhǔn)，對飛行手冊查出的性能數(shù)據(jù)進(jìn)行換算。1.4 氣象對飛行活動的影響n1.4.1 陣風(fēng)對飛機(jī)飛行的影響n陣風(fēng)大氣層中空氣短時間強(qiáng)烈對流產(chǎn)生的擾動n陣風(fēng)的影響主要是垂直陣風(fēng)，使飛機(jī)產(chǎn)生顛簸、較大的氣動載荷和失速。n水平陣風(fēng)n迎頭或從飛機(jī)后面吹來的與飛機(jī)飛行方向平行的陣風(fēng)n只改變相對

9、氣流的速度對飛行所影響較小n垂直陣風(fēng)n由下向上或由上向下吹來的垂直飛行方向的陣風(fēng)n改變相對速度和迎角n垂直陣風(fēng)的危害1、顛簸。2、受載過大：高速飛行（小迎角狀態(tài)）遇到垂直向上突風(fēng)時應(yīng)使飛機(jī)減速（加大迎角），避免產(chǎn)生過大的氣動載荷。3、飛機(jī)失速：低速飛行（大迎角狀態(tài)）遇到垂直向上突風(fēng)時應(yīng)使飛機(jī)速度提高（減小迎角），避免飛機(jī)大迎角失速。n側(cè)向陣風(fēng)n從飛機(jī)側(cè)面吹來的陣風(fēng)n危害n破壞飛機(jī)側(cè)向氣動力平衡，造成飛機(jī)搖晃、擺頭n危害不大1.4.2 穩(wěn)定風(fēng)場對飛機(jī)飛行的影響n主要影響飛機(jī)的起飛和著陸n1、逆風(fēng)起飛和著陸，以減小起飛和著陸速度及滑跑距離。n2、側(cè)風(fēng)起飛后應(yīng)進(jìn)行航向修正。側(cè)風(fēng)著陸前應(yīng)進(jìn)行側(cè)滑修正（操縱副翼和方向舵）。n3、低空風(fēng)切變（風(fēng)向和風(fēng)速在特定方向上發(fā)生變化）對正在起飛和著陸過程的飛機(jī)的安全性具有嚴(yán)重影響。1.4.3 云對飛行的影響n1、影響視線。n2、飛機(jī)穿過積雨云可能受到閃電、冰雹的襲擊或遇到強(qiáng)烈風(fēng)切變。n3、飛機(jī)穿過零度以下低溫云層時，在飛機(jī)表面可能結(jié)冰。1.5大氣狀況對機(jī)體腐蝕的影響n1.5.1 大氣的濕度n臨界濕度：在大氣中使金屬的腐蝕速度急劇增大對應(yīng)的大氣的相對濕度。不同金屬有不同的臨界相對濕度。n影響臨界濕度的因素：機(jī)體構(gòu)件的材料性質(zhì)；污染物的性質(zhì)和數(shù)量；金屬表面的粗糙、裂紋狀態(tài)