第一章大氣物理學(xué)空氣動力學(xué).

1、Crvil AuMti< « llnnvr<irv of < him空氣動力學(xué)Crvil AuMti< « llnnvr<irv of < him教學(xué)安排A開課學(xué)期3A總學(xué)時數(shù)36學(xué)時A適用專業(yè) 飛機維修專業(yè)（ME、首選教材執(zhí)照教材參考教材»簡明空氣動力學(xué)（內(nèi)部教材）空氣與氣體動力學(xué)引論李鳳蔚 西北工業(yè)大學(xué)出版社（&S? Y因R航九仔< n*il Awiaci« n linamirv of < hin.i課程大綱說明o本課程與其它課程的聯(lián)系主要后續(xù)課程：發(fā)動機原理、構(gòu)造與系統(tǒng)；飛機結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)O課程的

2、性質(zhì)機務(wù)專業(yè)一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課空氣動力學(xué)基礎(chǔ)Cn*il AiMtu n llnrwrorv of < han i（ME、 AV）第一章大氣物理學(xué)第二章空氣動力學(xué)第三章飛行理論第四章飛機的穩(wěn)定性和操縱性點諭丫矽人筑九會（ fi*il Ahitu«i llnrn（irv M< hint第一章大氣物理學(xué)o 1.1大氣的重要物理參數(shù)0 1.2大氣層的構(gòu)造0 1.3國際標準大氣（ISA）0 1.4氣象對飛行活動的影響0 1.5大氣狀況對飛機機體腐蝕的影響芒議Y肉R筑九會< fi'il Auutu n IBnrvMM八 <i< < hin.i氣體動力學(xué)

3、的研究對象和研究方法氣體動力學(xué)是研究可壓縮流體，特別是氣體在流動過程中氣體運動的基本規(guī)律以及氣體與物體之間相互作用的一門科學(xué)。流體靜力學(xué)流體力學(xué)<r可壓縮流體力學(xué)、流體動力學(xué)Y（氣體動力學(xué)）1不可壓縮流體力學(xué)CfK'il AMtuci I Ina mi of < hin i空氣流經(jīng)飛機機身空氣流過發(fā)動機的進氣道空氣流過槳葉（螺旋槳發(fā)動機）燃氣流過尾噴管等力的作用 熱量的交換機械功的交換CfK'il AMtuci I Ina mi of < hin i進氣道 壓氣機 燃燒室渦輪機 噴門燃氣渦輪啖氣發(fā)動機Cb'iI Awmih n I Ina mi <

4、;if < hanj氣輪機Cb'iI Awmih n I Ina mi r> <if < hanj飛機加速通過音障< rvii AwijtKi llnan(ir> of < han.i按體枳計算.氮氣78%,氧氣21%Y回A就術(shù)令二< fi'ii Aiutiro I torn mi r> of < han.i質(zhì)量守t旦牛頓第二定律熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第二定律研究方法分為：實驗研究、理論研究和數(shù)值研究1.1大氣的重要物理參數(shù)( rvW Auutu n llnnk«n(ir> of < hinjO密度

5、 o溫度 o壓力 。粘性O(shè)壓縮性 o濕度 o音速、-CivilI Ina mi r> of < hinj1.1大氣的重要物理參數(shù)o大氣密度單位體積內(nèi)空氣質(zhì)量,加而減小。»1-1大氣密AEM離度的支化1.1大氣的重要物理參數(shù)'幾Y回人畝九會飛乂二(fvil Abutt«<ci Hn(vmir> of < hsnjo大氣溫度溫度高低表明空氣分子不規(guī)則熱運動平均速度 的大小。在11 km以下，隨高度的増加氣溫下降，線性變 化。攝氏溫度，華氏溫度和絕對溫度。攝氏溫度/0C華氏溫度/OF絕對溫度/oK在標準大氣壓F> 純水的沸點100212

6、373.15在標準大氣壓下, 純水的冰點032273.15'幾丫回人畝九會飛乂二(fvil Abutt«<ci Hn(vmir> of < hsnj1.1大氣的重要物理參數(shù)7；=(Tf-32)x|Tk =T +273.15o Tc攝氏溫度o Tf華氏溫度 o Tk絕對溫度1.1大氣的重要物理參數(shù)O大氣壓力大氣層內(nèi)空氣的壓強. 即單位面積上承受的 空氣的垂直作用力?？諝庵亓空氣分子的熱運動度量單位O標準大氣壓101325Pa大氣壓隨高度增大而 減小。度的交化1.1大氣的重要物理參數(shù)O粘性粘性是流體的固有屬性之一。它與物體在介質(zhì) 中的運動密切相關(guān)。流體的粘性是

7、指流體微團間發(fā)生相對滑移時產(chǎn) 生切向阻力的性質(zhì)。大氣的粘性主要由于氣體分子不規(guī)則運動造成 的。Cn*il AuijtH m lBnamir> <if < hinj粘性流體是不能承受剪切力的，即使在很小的剪 切力作用下，流體會連續(xù)不斷的變形，但是 不同的流體在相同作用的剪切力下變形的速 度是不同的，也就是不同的流體抵抗剪切力 的能力不同，這種能力成為流體的粘性。Y因人畝九會< rvil AuMtK'ti I Ina mi r> M < hin to粘性力計算公式：F =A5圖1-4 «««分布1.1大氣的重要物理參數(shù)o 口

8、表示橫向速度梯度為 1時，在流層單位接觸 面積上產(chǎn)生的粘性力。 稱為流體的粘度系數(shù) （動力粘度系數(shù)），單 位是PaS。1.1大氣的重要物理參數(shù)。不同流體的粘性系數(shù)各不相同，同一流體 的粘性系數(shù)也與溫度有關(guān)。液體的粘性系數(shù)隨溫度的升高而降低氣體的粘性系數(shù)隨溫度的升高而增大。實際流體都是有粘性的，沒有粘性的流體 稱為理想流體。< 心山 AwuiK'W llnrvmir> <if < hani牛頓內(nèi)摩擦定律O至于粘性系數(shù)與溫度的關(guān)系已被大量的實驗所證 明。O液體的粘性系數(shù)隨溫度的增加而下降O氣體的粘性系數(shù)隨溫度而增加。這種截然相反的結(jié)果可用液體的微觀結(jié)構(gòu)去闡明。流體間

9、摩擦的原因是分子間的內(nèi)聚力、分子和壁面的 附著力及分子不規(guī)則的熱運動而引起的動量交換，使 部分機械能變?yōu)闊崮?。這幾種原因?qū)σ后w與氣體的影因為液體分子間距增大，內(nèi)聚力顯著下降。而液體分 子動呈交換的増加又不足以補償.故其粘性系數(shù)下降。 對于氣體則恰恰相反，其分子熱運動對粘滯性的影響 居主導(dǎo)地位，當溫度增加時，分子熱運動更為頻繁， 故氣體粘性系數(shù)隨溫度而增加。溫度升高. 氣體粘度系 數(shù)増人。give溫度升高, 液體粘度 系數(shù)減小。氣體液體粘度系數(shù)隨溫度變化f靑況(' il Au>qti««i IlnrwrKirv of < hinj1.1大氣的重要物理參數(shù)O

10、可壓縮性流體在壓強或溫度改變時.能改變其原來體積及密度的特 性。流體的可壓縮性用單位壓強所引起的體積變化率表示。即 在相同壓力變化呈的作用下，密度（或體積）的變化呈越 大的物質(zhì).可壓縮性就越大?？蓧嚎s性如AP空氣的可壓縮性如何體現(xiàn)？o在低速飛行時忽略空氣可壓縮性的影響（Ma<0-4）o在高速飛行時大氣的可壓縮性不可忽略（Ma>0.4）1.1大氣的重要物理參數(shù)謁Y肉R航九會< fvii AwutH'fi IBnrvAW of < hin to濕度大氣的潮濕程度，通常用相對濕度來表示。相對濕度指大氣中所含水蒸汽的阜與同溫度下大 氣能含有的水蒸汽最大量之比。溫度越高大

11、氣所能含有的水蒸汽最大量越大。o露點溫度：使大氣的相對濕度達到100%時的溫度。含有水蒸汽的空氣比干空氣密度小。C fi'il Auti« n llnamorv of < hin t1.1大氣的重要物理參數(shù)o音速音速是小擾動在介質(zhì)中的傳播速度（米/秒）。物體的振動在介質(zhì)中引起的小擾動會以介質(zhì)不斷 被壓縮、膨脹的形式向四周傳播，形成介質(zhì)疏密 交替變化的小擾動波。音速與傳播介質(zhì)的可壓縮性有關(guān)。把音速的大 小看成是表示介質(zhì)壓縮性大小的一個指標。在同一種介質(zhì)中，音速的大小只隨介質(zhì)的溫度 而變化，空氣中的音速計算公式：/ =切/3=丄« = 777 = 2077,（丁為

12、絕對溫度）KPR為氣體常數(shù)，287J/Kg.KfCrhI AuMtiai llnnervirv <1 < him技込垂直分布分怎熱分層1.2大氣層的構(gòu)造o地球大氣層技込垂直分布分怎熱分層對流層（變溫層）平流層（同溫層）中間層電離層（熱層）散逸層民用運輸機的飛行范圍技込垂直分布分怎熱分層技込垂直分布分怎熱分層Ctvii AuMtiai llnnervirv <1 < himmta.SAfF® E« 103Q04D&W z10>10gttMjev 中 io*r 和心技込垂直分布分怎熱分層C ml Awutu n llnnmrv of <

13、; han.i對流層（變溫層）的特點對流層的平均高度在地球中緯度地區(qū)約11公里, 在赤道約17公里，在兩極約8公里。在對流層內(nèi)幾乎包含了全部大氣質(zhì)量的四分之 三。大氣中含有大量的水蒸氣及其它微粒，所 以云、雨、雪、雹及暴風(fēng)等氣象變化也僅僅產(chǎn) 生在對流層中。對流層內(nèi)不僅有空氣的水平流動，還有垂直流 動，形成水平方向和垂直方向的突風(fēng)。對流層內(nèi)的空氣溫度、密度和氣壓隨著高度的 增加而下降。< il Awutu n llnik»n(irv of < hin t（畿Y回R航人會二< MlI Inn mi rv cf < hsn i平流層（同溫層）的特點從對流層頂起到離地

14、面約50公里之間稱為平流層。該 層下半部（大約20km以下）的空氣溫度幾乎不變.在 同一緯度處可以近似看作常數(shù)，常年平均值為攝氏零 下56.5度.所以又稱為同溫層。同溫層之上隨看高度的增加溫度逐步升高，直到頂 部溫度升高到3C左右。在平流層中.空氣只有水平方向的流動?？諝庀”?， 幾乎沒有水蒸汽，故沒有雷雨等現(xiàn)象，故得名為平流 層?？諝赓|(zhì)呈占整個大氣的四分之一不到。大氣能見度好.氣流平穩(wěn)，空氣阻力小.對飛行有利。 現(xiàn)代噴氣式客機多在1l"12km的平流層底層（巡航飛 行。唇二C ii AwMtuxiof < hanj中間層、電離層的特點中間層的特點o中間層從離地面50公里到80公

15、里為止。空氣十分稀薄，溫度隨高度增加而下降。 o空氣在垂直方向有強烈的運動。電離層（熱層）的特點O中間層以上到離地面800公里左右就是電離層?？諝馓幱诟叨鹊碾婋x狀態(tài)，帶有很強的導(dǎo)電性， 能吸收、反射和折射無線電波?？諝鉁囟群芨撸㈦S著高度的増加而上升，所以 又稱為熱層?？諝饷芏葮O小，聲音已無法傳播。散逸層。大氣層的最外層：地心引力小，大氣分子散逸于 太空中。Y©人筑次專UCT«i llnr«pf<ir <>t < haniCivil Auutui llnanirv <i<< hbu< ivil A»iatu

16、«i I Ina mi r> <K hmi1.3CmI A%»tu <i IBnrvbMg M < him國際標準大氣（ISA）國際標準大氣是由國際民航組織（ICAO制定的，它 是以北半球中緯度地區(qū)大氣物理性質(zhì)的平均值為依據(jù), 加以適當?shù)男拚⒌?。國際標準大氣具有以下的規(guī)定：。大氣是靜止的、相對濕度為零的，潔凈的完全氣體. 即服從狀態(tài)方程.。以海平面作為髙度計算的起點，即H二0并且在該處 大氣溫度288. 15K.或15X?大氣壓強1.01325x10帕大氣密度1.225千克/米，聲速340. 29m sCmI A%»tu <i I

17、Bnrvmir> M < han i國際標準大氣表H（干米）TCC)（米/秒）pxlO(牛頓/ 米2)P （千克/ 粹gxlO5（千克/ 米秒）15.010 1331.漳1. 7808.5B 9T1.1121. 7492.0 ci to1.007L 717H.5 aq A0.9091.661-u.o6.1630.8201. 652-IT. 55. 4000?3?1. 619W1.7170.M01. 506-30.51.10!0.539X. 552-3T.0XSS80.5261.517H3.53. 0730. WT1. 482-60.02.6t20.4131. 4-17-S6.5X2

18、6L0.36-11. 41B1.9320.3111. <18-66.51.6500.2651. 418-56.51.4090.2271. 4181.2C30.仙1. 418-66.51.0270.1631. U8-66.50.7850. l tl1. 418-6.50.7490.1211. 41B-66.50. 6 X)0.1031. 416-66.50.5IG0.0881. 416-66.50.1170.0191. 41640.00. 0170.0021. M270.00. 0C32.9X1O-*2 3；-10.00.00068.0X101. 667Irvil Ahutti fi IB

19、nrvirv of < hin.i國際標準大氣的應(yīng)用O設(shè)計飛機時應(yīng)該按此標準計算飛機的飛行性能，飛 機試飛結(jié)果也應(yīng)該換算成標準大氣條件下的結(jié)果， 以便分析和比較。O飛機飛行手冊中列出的飛行性能數(shù)據(jù)是在國際標準 大氣條件下得出的，要得出實際大氣情況下飛機的 飛行性能必須根據(jù)實際大氣情況對性能數(shù)據(jù)進行修 正。O這種換算的主要工作是要確定實際大氣和國際標準 大氣的溫度偏差（ISA偏差）。1.4氣象對飛行活動的影響O陣風(fēng)對飛機飛行的影響大氣層中空氣短時間強烈對流產(chǎn)生的擾動稱為陣風(fēng)。陣風(fēng)會隨時改變飛機相對氣流的速度和迎角 水平陣風(fēng)、側(cè)向陣風(fēng)、垂直陣風(fēng)O *水平陣風(fēng)：只改變相對氣流的速度對飛行所影響

20、 較小。O *垂直陣風(fēng)：既改變相對氣流的速度又改變飛機的 迎角。CmIlfenwm<irv of < hsn.io垂直陣風(fēng)由下向上吹來，速 度增加，迎角增大，升力增 大，瞬間飛機承受較大載荷, 飛機產(chǎn)生向上曲線運動，機 頭上仰：O陣風(fēng)消失后，飛機恢復(fù)原飛 行姿態(tài)；O垂直陣風(fēng)由上向下吹來，速 度減少，迎角減小，升力減 小，瞬間飛機承受較小載荷, 甚至向下的載荷，飛機產(chǎn)生 向下曲線運動，機頭下俯。顛簸的產(chǎn)生? ?CmIlfenwm<irv of < hsn.io飛機迎角的改變對飛機升力的影響較大，可能導(dǎo)致: 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)

21、使飛機減速（加大迎角）避免產(chǎn)生過大的氣動載 荷。3、飛機失速：低速飛行（大迎角狀態(tài)）遇到垂直向上突 風(fēng)時應(yīng)使飛機速度提高（減小迎角），避免飛機大迎角失 速。O側(cè)向陣風(fēng)：從飛機側(cè)向吹來的陣風(fēng)；引起飛機搖晃、擺頭等，但對飛行影響不大。Y國A航九會Cn*il A%uti« <1 Unnmirv of < hin iFo如果飛機飛行速度很大，垂直 陣風(fēng)對飛機飛行速度影響引起 的升力變化非常?。篛垂直陣風(fēng)改變飛機相對氣流的 迎角引起的升力變化很大；O飛機穩(wěn)態(tài)飛行，有利迎角為 4°C,在垂直陣風(fēng)速度達到飛 機飛行速度的1/10時，引起的 迎角增量可達50C,引起的氣 動升力

22、變化可觀。o相同風(fēng)速下，垂直陣風(fēng)對飛機 飛行造成的影響比水平陣風(fēng)嚴 重。Y國A航九會Cn*il A%uti« <1 Unnmirv of < hin i1.4氣象對飛行活動的影響o穩(wěn)定風(fēng)場的影響：主要影響飛機的起飛和著陸1、逆風(fēng)起飛和著陸，以減小起飛和著陸速度及滑跑距離. 。逆風(fēng)起飛，飛機起飛滑跑距離較短即可達到要求的空速，獲取升力，使飛機離地。逆風(fēng)著陸，使飛機保持一定的空速，獲得所需要的升力 下.以最小的看地速度育陸.井可增加阻力減少滑跑 距離，2、側(cè)風(fēng)起飛后應(yīng)進行航向修正。側(cè)風(fēng)著陸前應(yīng)進行側(cè)滑 修正側(cè)風(fēng)在飛機起飛或者著陸時.在飛機上產(chǎn)生側(cè)向載荷, 帶著飛機漂移.使飛機偏離航道.危機飛行安全。o飛機采用改變航向的辦法進行修正.駕駛員操縱副翼和 方向舵，組織飛機漂移，使飛機航跡對準跑道。超過一定的側(cè)向風(fēng)速，飛機進行側(cè)滑著陸不能保證安全。Aiiatirti llnrvmir> of < himo 3、低空風(fēng)切變對飛行的影響風(fēng)切變定義：風(fēng)向和風(fēng)速在特定方向上發(fā)生變化O飛機由小順風(fēng)區(qū)到大順風(fēng)區(qū)域O逆風(fēng)區(qū)到順風(fēng)區(qū)O某一方向的順風(fēng)區(qū)到另一方向的順風(fēng)區(qū)O較短距離的升降氣流變化等對正在起飛和著陸過程的飛機的安全性具有嚴重 影響，尤其是對正在著陸的的飛機危害最大。<h)WJi、<二/*夕 CmI Akisti4<i llnrvmir&