cjp-第二章空氣動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)

1、航空機(jī)電教研室航空機(jī)電教研室 陳金瓶陳金瓶大氣的重要物理參數(shù)大氣的重要物理參數(shù)大氣層的構(gòu)造大氣層的構(gòu)造國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣流體流動(dòng)的基本概念流體流動(dòng)的基本概念流體流動(dòng)的基本規(guī)律流體流動(dòng)的基本規(guī)律機(jī)翼幾何外形和參數(shù)機(jī)翼幾何外形和參數(shù)作用在飛機(jī)上的空氣動(dòng)力作用在飛機(jī)上的空氣動(dòng)力1.1.大氣密度大氣密度2.2.大氣溫度大氣溫度3.3.大氣壓力大氣壓力4.4.粘性粘性5.5.可壓縮性可壓縮性6.6.雷諾數(shù)和馬赫數(shù)雷諾數(shù)和馬赫數(shù)1.大氣密度大氣密度 是指單位體積內(nèi)的空氣質(zhì)量，用是指單位體積內(nèi)的空氣質(zhì)量，用表示表示 ，單位：，單位：kg/m3，則有：則有： 空氣的密度大，單位體積內(nèi)的空氣分子多，比較稠

2、密；空氣的密度大，單位體積內(nèi)的空氣分子多，比較稠密；反之，比較稀薄。反之，比較稀薄。 由于地心引力的作用，由于地心引力的作用， 隨高度隨高度H的增加而減小，近似的增加而減小，近似按指數(shù)曲線變化。按指數(shù)曲線變化。=/m V2.大氣溫度大氣溫度T 是指大氣層內(nèi)空氣的冷熱程度。微觀上來(lái)講，溫度體現(xiàn)是指大氣層內(nèi)空氣的冷熱程度。微觀上來(lái)講，溫度體現(xiàn)了空氣分子運(yùn)動(dòng)劇烈程度。所以說(shuō)溫度是大量分子熱運(yùn)了空氣分子運(yùn)動(dòng)劇烈程度。所以說(shuō)溫度是大量分子熱運(yùn)動(dòng)的集體表現(xiàn)，含有統(tǒng)計(jì)意義。對(duì)于個(gè)別分子來(lái)說(shuō)，溫動(dòng)的集體表現(xiàn)，含有統(tǒng)計(jì)意義。對(duì)于個(gè)別分子來(lái)說(shuō)，溫度是沒(méi)有意義的。度是沒(méi)有意義的。 攝氏溫標(biāo)（攝氏溫標(biāo)（） 絕對(duì)溫標(biāo)（

3、絕對(duì)溫標(biāo)（ K） 華氏溫標(biāo)（華氏溫標(biāo)（ ） 這三種溫度單位的換算關(guān)系可表示為：這三種溫度單位的換算關(guān)系可表示為：9325273.15FCKCTTTT3.大氣壓力大氣壓力p 是指作用在單位面積且方向垂直于此面積（沿內(nèi)法線方是指作用在單位面積且方向垂直于此面積（沿內(nèi)法線方向）的力。就空氣來(lái)講，空氣的壓力是眾多空氣分子在向）的力。就空氣來(lái)講，空氣的壓力是眾多空氣分子在物體表面不斷撞擊產(chǎn)生的結(jié)果。在飛機(jī)上產(chǎn)生的空氣動(dòng)物體表面不斷撞擊產(chǎn)生的結(jié)果。在飛機(jī)上產(chǎn)生的空氣動(dòng)力中，特別是升力，大都來(lái)自于飛機(jī)外表面上的空氣壓力中，特別是升力，大都來(lái)自于飛機(jī)外表面上的空氣壓力。力。 單位：毫米汞柱（單位：毫米汞柱（m

4、mHg）、帕（）、帕（Pa（N/m2）、每平）、每平方英寸磅（方英寸磅（Psi）等，其中，帕（）等，其中，帕（Pa（N/m2）為國(guó)際）為國(guó)際計(jì)量單位。計(jì)量單位。 規(guī)定在海平面溫度為規(guī)定在海平面溫度為15時(shí)的大氣壓力即為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大時(shí)的大氣壓力即為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，表示為氣壓，表示為760mmHg或或1.013 105Pa。大氣壓力隨。大氣壓力隨高度的變化如圖高度的變化如圖 完全氣體完全氣體 是氣體分子運(yùn)動(dòng)論中采用的一種模型氣體。它的分子體是氣體分子運(yùn)動(dòng)論中采用的一種模型氣體。它的分子體積和氣體所占空間相比較可以忽略不計(jì)、分子間的相互積和氣體所占空間相比較可以忽略不計(jì)、分子間的相互作用力也忽略不計(jì)。

5、作用力也忽略不計(jì)。 在室溫和通常壓力范圍內(nèi)的氣體基本符合這些假設(shè)，所在室溫和通常壓力范圍內(nèi)的氣體基本符合這些假設(shè)，所以空氣可以看作為一種完全氣體。以空氣可以看作為一種完全氣體。 對(duì)于完全氣體，有對(duì)于完全氣體，有pRT4.粘性粘性 當(dāng)流體內(nèi)兩相鄰流層的流速不同時(shí)，兩個(gè)流層接觸面上當(dāng)流體內(nèi)兩相鄰流層的流速不同時(shí)，兩個(gè)流層接觸面上便產(chǎn)生相互粘滯和相互牽扯的力，這種特性就叫粘性。便產(chǎn)生相互粘滯和相互牽扯的力，這種特性就叫粘性。 實(shí)驗(yàn)表明：流體的粘性力實(shí)驗(yàn)表明：流體的粘性力F與相鄰流層的速度差與相鄰流層的速度差v=v1-v2 、接觸面的面積、接觸面的面積 S 成正成正比，和相鄰流層的距離比，和相鄰流層的

6、距離y成反比。成反比。vFSyFvSy或 F 流體的粘性力流體的粘性力 流體的動(dòng)力粘性系數(shù)流體的動(dòng)力粘性系數(shù) v/ y 橫向速度梯度。橫向速度梯度。 S 接觸面的面積接觸面的面積 單位接觸面積上的粘性力單位接觸面積上的粘性力 vFSyFvSy或1vy 流體動(dòng)力粘性系數(shù)流體動(dòng)力粘性系數(shù) 在數(shù)值上等于橫向速度梯度為在數(shù)值上等于橫向速度梯度為1時(shí)，時(shí)，作用在單位面積上的粘性力。所以作用在單位面積上的粘性力。所以 可以作為量度流體可以作為量度流體粘性大小的尺度，單位是粘性大小的尺度，單位是Pa S。 常溫下常溫下 空氣空氣 =1.8110-5 Pa S 水水=1.002 10-3 Pa S 甘油甘油

7、=1.4939 Pa S 粘性系數(shù)：液體氣體粘性系數(shù)：液體氣體 隨著溫度的升高隨著溫度的升高 氣體氣體 流層間內(nèi)摩擦力增大流層間內(nèi)摩擦力增大 液體液體 分子間內(nèi)聚力減小分子間內(nèi)聚力減小 用管道來(lái)運(yùn)輸液體（如石油）時(shí)，對(duì)液體加溫（特別是用管道來(lái)運(yùn)輸液體（如石油）時(shí)，對(duì)液體加溫（特別是寒冷地區(qū)的冬季），有減小流動(dòng)損失、節(jié)能省耗的效果寒冷地區(qū)的冬季），有減小流動(dòng)損失、節(jié)能省耗的效果5.可壓縮性可壓縮性E 是指一定量的空氣在壓力變化時(shí)，其體積發(fā)生變化的特是指一定量的空氣在壓力變化時(shí)，其體積發(fā)生變化的特性?？蓧嚎s性用體積彈性模量性?？蓧嚎s性用體積彈性模量 E 來(lái)衡量來(lái)衡量 ，其定義為，其定義為所需的所需

8、的壓力增量壓力增量。E 值越大，流體值越大，流體越難被壓縮。越難被壓縮。 在通常壓力下，空氣的在通常壓力下，空氣的E值相當(dāng)小，約為水的值相當(dāng)小，約為水的1/20000。因此，空氣具有壓縮性，而水則視為不可壓縮流體。因此，空氣具有壓縮性，而水則視為不可壓縮流體。 一般情況下飛機(jī)低速飛行（一般情況下飛機(jī)低速飛行（Ma0.3）時(shí)，視為不可壓）時(shí)，視為不可壓縮流體；高速飛行（縮流體；高速飛行（Ma0.3）時(shí)，則必須考慮空氣的可）時(shí)，則必須考慮空氣的可壓縮性。壓縮性。6.音速音速c 是指聲波在介質(zhì)中傳播的速度，單位為是指聲波在介質(zhì)中傳播的速度，單位為m/S。 實(shí)驗(yàn)表明，在水中聲速約為實(shí)驗(yàn)表明，在水中聲速

9、約為1440m/S，而在海平面標(biāo)準(zhǔn)，而在海平面標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，在空氣中的聲速只有狀態(tài)下，在空氣中的聲速只有341m/S。而我們又知道水。而我們又知道水難被壓縮，空氣易被壓縮，由此可以推論：難被壓縮，空氣易被壓縮，由此可以推論： 流體的可壓縮性流體的可壓縮性 越小越小，聲速，聲速越大越大。 顯然，在不可壓縮流體、固體中，聲速顯然，在不可壓縮流體、固體中，聲速。 大氣中，聲速的計(jì)算公式為大氣中，聲速的計(jì)算公式為 式中，式中，T是空氣的熱力學(xué)溫度，是空氣的熱力學(xué)溫度，單位為單位為K!。20cT7.馬赫數(shù)和雷諾數(shù)馬赫數(shù)和雷諾數(shù) 馬赫數(shù)的定義是馬赫數(shù)的定義是 式中，式中，v是飛行速度，是飛行速度，c是當(dāng)?shù)芈?/p>

10、速（即飛行高度上大氣是當(dāng)?shù)芈曀伲达w行高度上大氣中的聲速）。中的聲速）。Ma是個(gè)無(wú)量綱量，它的大小可以作為空是個(gè)無(wú)量綱量，它的大小可以作為空氣受到壓縮程度的指標(biāo)。氣受到壓縮程度的指標(biāo)。Ma0.8 亞音速；亞音速； 0.8 Ma 1.3 跨音速跨音速 1.3 Ma 5.0 超音速超音速M(fèi)a5.0 高超音速高超音速/Mav c 雷諾數(shù)的定義是雷諾數(shù)的定義是 、飛行高度上大氣的密度和動(dòng)力粘性系數(shù)飛行高度上大氣的密度和動(dòng)力粘性系數(shù) l是飛機(jī)的特征尺寸是飛機(jī)的特征尺寸 v是飛行速度是飛行速度 Re表征了流體運(yùn)動(dòng)中慣性力與粘性作用的關(guān)系?？梢园l(fā)表征了流體運(yùn)動(dòng)中慣性力與粘性作用的關(guān)系?？梢园l(fā)現(xiàn)，現(xiàn)，Re越小

11、，說(shuō)明空氣粘性的作用越大，對(duì)流場(chǎng)的影響越小，說(shuō)明空氣粘性的作用越大，對(duì)流場(chǎng)的影響是主要的；反之是主要的；反之Re越大，慣性力的作用越大。越大，慣性力的作用越大。Revl大氣的重要物理參數(shù)大氣的重要物理參數(shù)大氣層的構(gòu)造大氣層的構(gòu)造國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣流體流動(dòng)的基本概念流體流動(dòng)的基本概念流體流動(dòng)的基本規(guī)律流體流動(dòng)的基本規(guī)律機(jī)翼幾何外形和參數(shù)機(jī)翼幾何外形和參數(shù)作用在飛機(jī)上的空氣動(dòng)力作用在飛機(jī)上的空氣動(dòng)力1.1.大氣層的構(gòu)造大氣層的構(gòu)造 一、對(duì)流層一、對(duì)流層 二、平流層二、平流層 三、中間層三、中間層 四、電離層四、電離層 五、散逸層五、散逸層五、散逸層：是大氣的最五、散逸層：是大氣的最外層，從電

12、離層頂部到大外層，從電離層頂部到大氣層的最外邊緣。由于地氣層的最外邊緣。由于地心引力很小，大氣分子不心引力很小，大氣分子不斷向星際空間散逸。斷向星際空間散逸。二、平流層（同溫層）二、平流層（同溫層）高度范圍：高度范圍：1111 50 km 50 km 。11 11 20km 20km ，溫度不隨高度而變，溫度不隨高度而變化，常年平均值為化，常年平均值為-56.5 -56.5 2020 50km50km溫度隨高度的增加上升溫度隨高度的增加上升空氣稀薄，水蒸氣極少空氣稀薄，水蒸氣極少?zèng)]有云、雨、雪、雹等現(xiàn)象沒(méi)有云、雨、雪、雹等現(xiàn)象沒(méi)有垂直方向的風(fēng)，只有水平方?jīng)]有垂直方向的風(fēng)，只有水平方向的風(fēng)，而且

13、風(fēng)向穩(wěn)定向的風(fēng)，而且風(fēng)向穩(wěn)定大氣能見(jiàn)度好、空氣阻力小，對(duì)大氣能見(jiàn)度好、空氣阻力小，對(duì)飛行有利，現(xiàn)代噴氣式客機(jī)多在飛行有利，現(xiàn)代噴氣式客機(jī)多在1111 12 km 12 km 的平流層底層飛行。的平流層底層飛行。一、對(duì)流層一、對(duì)流層大氣中最低的一層，在地球中大氣中最低的一層，在地球中緯度地區(qū)，高度范圍緯度地區(qū)，高度范圍0 0 11 km 11 km 。包含全部大氣包含全部大氣3/43/4的質(zhì)量的質(zhì)量天氣變化最復(fù)雜的一層，有云、天氣變化最復(fù)雜的一層，有云、雨、雪、雹等現(xiàn)象。雨、雪、雹等現(xiàn)象?？諝獾乃搅鲃?dòng)和垂直流動(dòng)，空氣的水平流動(dòng)和垂直流動(dòng)，形成水平方向和垂直方向的陣風(fēng)形成水平方向和垂直方向的陣風(fēng)

14、其壓強(qiáng)、密度、溫度和音速均其壓強(qiáng)、密度、溫度和音速均隨高度的增加而降低。隨高度的增加而降低。三、中間層三、中間層高度范圍：高度范圍：50 50 80 km 80 km 空氣十分稀薄，溫度隨高度空氣十分稀薄，溫度隨高度的增加而下降的增加而下降空氣在垂直方向有強(qiáng)烈的運(yùn)空氣在垂直方向有強(qiáng)烈的運(yùn)動(dòng)。動(dòng)。四、電離層四、電離層高度范圍高度范圍80 80 800 km 800 km 空氣處于高度的電離狀態(tài)，氮、氧空氣處于高度的電離狀態(tài)，氮、氧分子電離成為離子和自由電子，帶有分子電離成為離子和自由電子，帶有很強(qiáng)的導(dǎo)電性，能吸收、反射和折射很強(qiáng)的導(dǎo)電性，能吸收、反射和折射無(wú)線電波。所以這一層對(duì)無(wú)線電通信無(wú)線電波

15、。所以這一層對(duì)無(wú)線電通信很重要很重要由于空氣電離放出的熱量，溫度很由于空氣電離放出的熱量，溫度很高并隨著高度的增加而上升。高并隨著高度的增加而上升。也被稱為暖層或熱層也被稱為暖層或熱層空氣密度極小，聲波已無(wú)法傳播空氣密度極小，聲波已無(wú)法傳播大氣的重要物理參數(shù)大氣的重要物理參數(shù)大氣層的構(gòu)造大氣層的構(gòu)造國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣流體流動(dòng)的基本概念流體流動(dòng)的基本概念流體流動(dòng)的基本規(guī)律流體流動(dòng)的基本規(guī)律機(jī)翼幾何外形和參數(shù)機(jī)翼幾何外形和參數(shù)作用在飛機(jī)上的空氣動(dòng)力作用在飛機(jī)上的空氣動(dòng)力國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣具有以下的規(guī)定：國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣具有以下的規(guī)定：1.大氣是靜止的、潔凈的，且相對(duì)濕度為零。大氣是靜止的、潔凈的，且相

16、對(duì)濕度為零。2.空氣被視為完全氣體，即其物理參數(shù)空氣被視為完全氣體，即其物理參數(shù) （密度、溫度和（密度、溫度和壓力）的關(guān)系服從完全氣體的狀態(tài)方程壓力）的關(guān)系服從完全氣體的狀態(tài)方程 p =RT3.海平面作為計(jì)算高度的起點(diǎn)，即海平面作為計(jì)算高度的起點(diǎn)，即 H =0處處 。大氣的重要物理參數(shù)大氣的重要物理參數(shù)大氣層的構(gòu)造大氣層的構(gòu)造國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣流體流動(dòng)的基本概念流體流動(dòng)的基本概念流體流動(dòng)的基本規(guī)律流體流動(dòng)的基本規(guī)律機(jī)翼幾何外形和參數(shù)機(jī)翼幾何外形和參數(shù)作用在飛機(jī)上的空氣動(dòng)力作用在飛機(jī)上的空氣動(dòng)力相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理連續(xù)性假設(shè)連續(xù)性假設(shè)流場(chǎng)、定常流和非定常流流場(chǎng)、定常流和非定常流流線、流

17、線譜、流管和流量流線、流線譜、流管和流量1.相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理 空氣相對(duì)飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)稱為相對(duì)氣流，相對(duì)氣流的方向與空氣相對(duì)飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)稱為相對(duì)氣流，相對(duì)氣流的方向與飛機(jī)運(yùn)動(dòng)的方向相反。只要相對(duì)氣流速度相同，產(chǎn)生的飛機(jī)運(yùn)動(dòng)的方向相反。只要相對(duì)氣流速度相同，產(chǎn)生的空氣動(dòng)力也就相等。將飛機(jī)的飛行轉(zhuǎn)換為空氣的流動(dòng)，空氣動(dòng)力也就相等。將飛機(jī)的飛行轉(zhuǎn)換為空氣的流動(dòng)，使空氣動(dòng)力問(wèn)題的研究得到簡(jiǎn)化。使空氣動(dòng)力問(wèn)題的研究得到簡(jiǎn)化。飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向與相對(duì)氣流的方向飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向與相對(duì)氣流的方向2.連續(xù)介質(zhì)假設(shè)連續(xù)介質(zhì)假設(shè) 連續(xù)性假設(shè)是指把流體看成連續(xù)性假設(shè)是指把流體看成連綿一片的、沒(méi)有間隙的、連綿一片的、沒(méi)有間隙

18、的、充滿了它所占據(jù)的空間充滿了它所占據(jù)的空間的的連續(xù)介質(zhì)連續(xù)介質(zhì)。 空氣分子是空氣分子是 2.7 1019 個(gè)個(gè)/cm3 空氣分子的平均自由程約為空氣分子的平均自由程約為6 10-6cm 空氣分子的平均直徑約為空氣分子的平均直徑約為3.7 10-8cm 兩者之比約為兩者之比約為170:1 因此從微觀上來(lái)說(shuō)，空氣是一種有間隙的不連續(xù)介質(zhì)。因此從微觀上來(lái)說(shuō)，空氣是一種有間隙的不連續(xù)介質(zhì)。 飛機(jī)的特征尺寸一般以飛機(jī)的特征尺寸一般以 m 計(jì)，至少以計(jì)，至少以 cm 計(jì)，比流體分計(jì)，比流體分子的平均自由程大得多子的平均自由程大得多 因此，一般不研究流體分子的個(gè)別運(yùn)動(dòng)，而是研究流體因此，一般不研究流體分子

19、的個(gè)別運(yùn)動(dòng)，而是研究流體的宏觀運(yùn)動(dòng)，即將空氣看成連續(xù)介質(zhì)。的宏觀運(yùn)動(dòng)，即將空氣看成連續(xù)介質(zhì)。 在某些情況下，例如在在某些情況下，例如在120km的高空，空氣分子的平均的高空，空氣分子的平均自由行程和飛行器的特征尺寸在同一數(shù)量級(jí)，連續(xù)介質(zhì)自由行程和飛行器的特征尺寸在同一數(shù)量級(jí)，連續(xù)介質(zhì)假設(shè)就不再成立。假設(shè)就不再成立。四、電離層四、電離層高度范圍高度范圍80 80 800 km 800 km 空氣處于高度的電離狀態(tài)，對(duì)無(wú)空氣處于高度的電離狀態(tài)，對(duì)無(wú)線電通信很重要線電通信很重要溫度很高并隨著高度的增加而上溫度很高并隨著高度的增加而上升。也被稱為暖層或熱層升。也被稱為暖層或熱層空氣密度極小，聲波已無(wú)法

20、傳播空氣密度極小，聲波已無(wú)法傳播3.3.流場(chǎng)、定常流和非定常流流場(chǎng)、定常流和非定常流 流體流動(dòng)所占據(jù)的空間稱為流體流動(dòng)所占據(jù)的空間稱為流場(chǎng)流場(chǎng)，用來(lái)描述表示流體運(yùn)，用來(lái)描述表示流體運(yùn)動(dòng)特征的物理量，如速度、密度、壓力等等。動(dòng)特征的物理量，如速度、密度、壓力等等。 在流場(chǎng)中的每一點(diǎn)處，如果流體微團(tuán)的物理量隨時(shí)間變?cè)诹鲌?chǎng)中的每一點(diǎn)處，如果流體微團(tuán)的物理量隨時(shí)間變化，這種流動(dòng)就稱為化，這種流動(dòng)就稱為非定常流動(dòng)非定常流動(dòng)，這種流場(chǎng)被稱為非定，這種流場(chǎng)被稱為非定常流場(chǎng)；反之，則稱為常流場(chǎng)；反之，則稱為定常流動(dòng)定常流動(dòng)和定常流場(chǎng)。和定常流場(chǎng)。4.4.流線、流線譜、流管流線、流線譜、流管 流線流線是在流場(chǎng)中

21、用來(lái)描繪流體微團(tuán)流動(dòng)狀態(tài)的曲線。在是在流場(chǎng)中用來(lái)描繪流體微團(tuán)流動(dòng)狀態(tài)的曲線。在流線每一點(diǎn)上，曲線的切線方向正是流體微團(tuán)流過(guò)該點(diǎn)流線每一點(diǎn)上，曲線的切線方向正是流體微團(tuán)流過(guò)該點(diǎn)時(shí)流動(dòng)速度的方向。時(shí)流動(dòng)速度的方向。 在流場(chǎng)中，用流線組成的描繪流體微團(tuán)流動(dòng)情況的圖畫(huà)在流場(chǎng)中，用流線組成的描繪流體微團(tuán)流動(dòng)情況的圖畫(huà)稱為稱為流線譜流線譜。v 在流場(chǎng)中取一條不是流線的封閉曲線，通過(guò)曲線上各點(diǎn)在流場(chǎng)中取一條不是流線的封閉曲線，通過(guò)曲線上各點(diǎn)的流線形成的管形曲面稱為的流線形成的管形曲面稱為流管流管。因?yàn)橥ㄟ^(guò)曲線上各點(diǎn)。因?yàn)橥ㄟ^(guò)曲線上各點(diǎn)流體微團(tuán)的速度都與通過(guò)該點(diǎn)的流線相切，所以只有流流體微團(tuán)的速度都與通過(guò)該點(diǎn)

22、的流線相切，所以只有流管截面上有流體流過(guò)，而不會(huì)有流體通過(guò)管壁流進(jìn)或流管截面上有流體流過(guò)，而不會(huì)有流體通過(guò)管壁流進(jìn)或流出。出。連續(xù)性定理連續(xù)性定理伯努利定理伯努利定理1.1.連續(xù)性定理連續(xù)性定理 連續(xù)性定理是質(zhì)量守恒定律在流體流動(dòng)中的應(yīng)用。對(duì)于連續(xù)性定理是質(zhì)量守恒定律在流體流動(dòng)中的應(yīng)用。對(duì)于低速流體低速流體，當(dāng)流體連續(xù)不斷而穩(wěn)定地流過(guò)一個(gè)粗細(xì)不等，當(dāng)流體連續(xù)不斷而穩(wěn)定地流過(guò)一個(gè)粗細(xì)不等的管道時(shí)，由于管道中任何一部分的流體都不能中斷或的管道時(shí)，由于管道中任何一部分的流體都不能中斷或擠壓起來(lái)，因此在同一時(shí)間內(nèi)，流進(jìn)任一切面的流體的擠壓起來(lái)，因此在同一時(shí)間內(nèi)，流進(jìn)任一切面的流體的質(zhì)量和從另一切面流出

23、的流體質(zhì)量是相等的。質(zhì)量和從另一切面流出的流體質(zhì)量是相等的。 流體連續(xù)性方程：流體連續(xù)性方程： 1S1v1= 2S2v2 = 3S3v3 =const. 即：即： S v = const.對(duì)于低速流體，流體不可壓縮，即：對(duì)于低速流體，流體不可壓縮，即： 1= 2 = 3= 可得：可得：S1v1= S2v2 = S3v3 =const. 即：即： S v = const. 低速流體低速流體在一個(gè)管道中流動(dòng)時(shí)，在一個(gè)管道中流動(dòng)時(shí)，管道剖面小管道剖面小的地方的地方流速大，管道剖面大流速大，管道剖面大的地方的地方流速小。流速小。 2.伯努利定理伯努利定理 伯努利是能量守恒定律在流體流動(dòng)中的應(yīng)用。管道中

24、以伯努利是能量守恒定律在流體流動(dòng)中的應(yīng)用。管道中以穩(wěn)定的速度流動(dòng)的流體，若流體為穩(wěn)定的速度流動(dòng)的流體，若流體為不可壓縮不可壓縮的的理想流體理想流體（沒(méi)有粘性），則沿管道各點(diǎn)的流體的（沒(méi)有粘性），則沿管道各點(diǎn)的流體的動(dòng)壓與靜壓之和動(dòng)壓與靜壓之和等于常量等于常量。 p+0.5 v2 = P = const 靜壓靜壓 ：就是就是“壓能壓能”，即勢(shì)能的一種，也就是壓力，即勢(shì)能的一種，也就是壓力 動(dòng)壓動(dòng)壓 ：氣體具有流動(dòng)速度，受阻力時(shí)，由于動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w具有流動(dòng)速度，受阻力時(shí)，由于動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ芏鸬某^(guò)流體靜壓力部分的壓力壓力能而引起的超過(guò)流體靜壓力部分的壓力低速流動(dòng)空氣的特性低速流動(dòng)空氣的特性

25、根據(jù)流體連續(xù)性定理和伯努利定理，可以得到以下結(jié)論：根據(jù)流體連續(xù)性定理和伯努利定理，可以得到以下結(jié)論：。即：。即： 若若 S1 S2 S3 則則 v1 v2 v3 p1 p2 p3實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 空氣靜止時(shí)，各處大氣壓力都一樣，等于此處的大氣壓空氣靜止時(shí)，各處大氣壓力都一樣，等于此處的大氣壓力，測(cè)壓管中指示劑液面的高度都相等。力，測(cè)壓管中指示劑液面的高度都相等。 空氣以某一速度連續(xù)穩(wěn)定地流過(guò)管道，空氣壓力下降，空氣以某一速度連續(xù)穩(wěn)定地流過(guò)管道，空氣壓力下降，所有液面均有所升高，但升高的量卻不一樣所有液面均有所升高，但升高的量卻不一樣 管截面最細(xì)處，速度最快，靜壓最小，動(dòng)壓最大。管截面最細(xì)處，速

26、度最快，靜壓最小，動(dòng)壓最大。機(jī)翼翼型的形狀和參數(shù)機(jī)翼翼型的形狀和參數(shù)機(jī)翼平面的形狀和參數(shù)機(jī)翼平面的形狀和參數(shù)機(jī)翼相對(duì)機(jī)身的安裝位置機(jī)翼相對(duì)機(jī)身的安裝位置就是用平行于飛機(jī)機(jī)身對(duì)稱平面的平面切割機(jī)翼所就是用平行于飛機(jī)機(jī)身對(duì)稱平面的平面切割機(jī)翼所得的剖面。得的剖面。 圓頭尖尾翼型圓頭尖尾翼型 尖頭尖尾翼型尖頭尖尾翼型早期飛機(jī)：平板和彎板早期飛機(jī)：平板和彎板流線型：提高飛行性能流線型：提高飛行性能弦線弦線:前緣與后緣之間的連線。前緣與后緣之間的連線。弦長(zhǎng)：弦線的長(zhǎng)度，又稱為幾何弦長(zhǎng)。用弦長(zhǎng)：弦線的長(zhǎng)度，又稱為幾何弦長(zhǎng)。用b表示，表示，是翼型的特征尺寸。是翼型的特征尺寸。厚度厚度t：上下翼面在垂直于翼弦

27、方向的距離，其中最：上下翼面在垂直于翼弦方向的距離，其中最大者稱為最大厚度大者稱為最大厚度tm最大相對(duì)厚度最大相對(duì)厚度t ：t=tm / b最大相對(duì)厚度位置最大相對(duì)厚度位置x：x=xm / b中弧線（中線）：在弦向任一位置中弧線（中線）：在弦向任一位置x處，垂直于弦處，垂直于弦線的直線與上、下表面交點(diǎn)的線的直線與上、下表面交點(diǎn)的中點(diǎn)中點(diǎn)連接起來(lái)所構(gòu)成連接起來(lái)所構(gòu)成的線。的線。彎度彎度f(wàn)m ：中弧線與翼弦之間的距離：中弧線與翼弦之間的距離最大相對(duì)彎度最大相對(duì)彎度f(wàn) ：f = fm / b最大相對(duì)彎度位置最大相對(duì)彎度位置x：x=xm / b前緣半徑前緣半徑rp后緣角后緣角：翼型上下表面周線在后緣處

28、切線的夾角：翼型上下表面周線在后緣處切線的夾角迎角迎角全對(duì)稱翼：上下弧線均凸且對(duì)稱，一般用于尾翼全對(duì)稱翼：上下弧線均凸且對(duì)稱，一般用于尾翼半對(duì)稱翼：上下弧線均凸但不對(duì)稱，常用于低亞音速飛機(jī)半對(duì)稱翼：上下弧線均凸但不對(duì)稱，常用于低亞音速飛機(jī)的機(jī)翼的機(jī)翼克拉克克拉克Y翼：下弧線為一直線，也叫平凸翼翼：下弧線為一直線，也叫平凸翼S型翼：中弧線是一個(gè)平躺的型翼：中弧線是一個(gè)平躺的S型，因攻角改變時(shí)，壓力中型，因攻角改變時(shí)，壓力中心不變動(dòng)，常用于無(wú)尾翼機(jī)心不變動(dòng)，常用于無(wú)尾翼機(jī)內(nèi)凹翼：又叫凹凸翼型，下弧線在翼弦上面，升力系數(shù)大內(nèi)凹翼：又叫凹凸翼型，下弧線在翼弦上面，升力系數(shù)大，常見(jiàn)于早期飛機(jī)及牽引滑翔機(jī)

29、，所有鳥(niǎo)類除蜂鳥(niǎo)外都是這，常見(jiàn)于早期飛機(jī)及牽引滑翔機(jī)，所有鳥(niǎo)類除蜂鳥(niǎo)外都是這種翼型種翼型NACA 24152 相對(duì)彎度，即中弧線的最大弧高為相對(duì)彎度，即中弧線的最大弧高為2%4 相對(duì)彎度位置位于翼弦前緣的相對(duì)彎度位置位于翼弦前緣的40%15相對(duì)厚度，即最大厚度是弦長(zhǎng)的相對(duì)厚度，即最大厚度是弦長(zhǎng)的15%NACA 0012機(jī)翼翼型的形狀和參數(shù)機(jī)翼翼型的形狀和參數(shù)機(jī)翼平面的形狀和參數(shù)機(jī)翼平面的形狀和參數(shù)機(jī)翼相對(duì)機(jī)身的位置參數(shù)機(jī)翼相對(duì)機(jī)身的位置參數(shù)機(jī)翼平面形狀：從飛機(jī)頂上看下去，機(jī)翼在平面上機(jī)翼平面形狀：從飛機(jī)頂上看下去，機(jī)翼在平面上的投影形狀的投影形狀低速飛機(jī)低速飛機(jī)跨音速、超音速飛機(jī)跨音速、超音速

30、飛機(jī)機(jī)翼面積機(jī)翼面積S：機(jī)翼在水平面內(nèi)的投影面積：機(jī)翼在水平面內(nèi)的投影面積翼展展長(zhǎng)翼展展長(zhǎng)l：機(jī)身兩側(cè)翼尖之間的距離：機(jī)身兩側(cè)翼尖之間的距離根梢比根梢比：翼根弦長(zhǎng)和翼尖弦長(zhǎng)之比：翼根弦長(zhǎng)和翼尖弦長(zhǎng)之比=b1/b2展弦比展弦比：展長(zhǎng)和機(jī)翼平均幾何弦長(zhǎng)：展長(zhǎng)和機(jī)翼平均幾何弦長(zhǎng)bav之比之比bav=S/ l =l/bav=l2/S后掠角后掠角（/chi/）：沿機(jī)翼展向等百分比弦線點(diǎn)的）：沿機(jī)翼展向等百分比弦線點(diǎn)的連線與垂直于機(jī)身中心線的直線之間的夾角連線與垂直于機(jī)身中心線的直線之間的夾角前緣后掠角前緣后掠角01/4弦線后掠角弦線后掠角0.25中弦線后掠角中弦線后掠角0.5后緣后掠角后緣后掠角1平均氣

31、動(dòng)力弦長(zhǎng)：平均氣動(dòng)力弦長(zhǎng)：與實(shí)際機(jī)翼面積相與實(shí)際機(jī)翼面積相等、氣動(dòng)力矩特性等、氣動(dòng)力矩特性相同的當(dāng)量矩形機(jī)相同的當(dāng)量矩形機(jī)翼的弦長(zhǎng)，用翼的弦長(zhǎng)，用bA表表示。示。是計(jì)算空氣動(dòng)力中是計(jì)算空氣動(dòng)力中心（焦點(diǎn)）、縱向心（焦點(diǎn)）、縱向力矩系數(shù)等常用的力矩系數(shù)等常用的一種基準(zhǔn)弦長(zhǎng)。一種基準(zhǔn)弦長(zhǎng)。bA機(jī)翼翼型的形狀和參數(shù)機(jī)翼翼型的形狀和參數(shù)機(jī)翼平面的形狀和參數(shù)機(jī)翼平面的形狀和參數(shù)機(jī)翼相對(duì)機(jī)身的安裝位置機(jī)翼相對(duì)機(jī)身的安裝位置上反角上反角 (psi)與下反角與下反角-：機(jī)翼的底面與垂直于飛：機(jī)翼的底面與垂直于飛機(jī)立軸的平面之間的夾角，從飛機(jī)前面看，如果翼機(jī)立軸的平面之間的夾角，從飛機(jī)前面看，如果翼尖上翹，夾角

32、就是上反角尖上翹，夾角就是上反角 ；翼尖下垂，則是下反；翼尖下垂，則是下反角角- 。低速機(jī)翼采用一定的上反角可以改善飛機(jī)的橫向穩(wěn)低速機(jī)翼采用一定的上反角可以改善飛機(jī)的橫向穩(wěn)定性定性機(jī)翼相對(duì)于機(jī)身中心線的位置：上單翼、下單翼和機(jī)翼相對(duì)于機(jī)身中心線的位置：上單翼、下單翼和中單翼。中單翼。安裝角安裝角機(jī)身中心線安裝角的大小應(yīng)按照飛安裝角的大小應(yīng)按照飛行最重視的飛行姿態(tài)來(lái)行最重視的飛行姿態(tài)來(lái)確定。以巡航姿態(tài)為主確定。以巡航姿態(tài)為主的運(yùn)輸及，考慮到減小的運(yùn)輸及，考慮到減小阻力，安裝角一般取阻力，安裝角一般取4左右。左右?？諝鈩?dòng)力空氣動(dòng)力升力升力阻力阻力升力系數(shù)曲線、阻力系數(shù)曲線、升阻比曲線升力系數(shù)曲線、

33、阻力系數(shù)曲線、升阻比曲線機(jī)翼的壓力中心和焦點(diǎn)機(jī)翼的壓力中心和焦點(diǎn)定義：空氣作用在與之有相對(duì)運(yùn)動(dòng)物體上的力稱為定義：空氣作用在與之有相對(duì)運(yùn)動(dòng)物體上的力稱為空氣動(dòng)力?？諝鈩?dòng)力。壓力中心：空氣動(dòng)力的作用點(diǎn)。壓力中心：空氣動(dòng)力的作用點(diǎn)。 垂直于來(lái)流方向的升力垂直于來(lái)流方向的升力L L 平行于來(lái)流方向的阻力平行于來(lái)流方向的阻力D D產(chǎn)生原理：連續(xù)性定理、伯努利定理產(chǎn)生原理：連續(xù)性定理、伯努利定理負(fù)壓區(qū)負(fù)壓區(qū)正壓區(qū)正壓區(qū)駐點(diǎn)駐點(diǎn)最低壓力點(diǎn)最低壓力點(diǎn)升力公式可以表示為升力公式可以表示為影響升力的因素影響升力的因素空氣密度空氣密度飛行速度飛行速度機(jī)翼面積機(jī)翼面積升力系數(shù)升力系數(shù)CL是無(wú)量綱參數(shù)，在飛行馬赫數(shù)是

34、無(wú)量綱參數(shù)，在飛行馬赫數(shù)Ma小于小于一定值時(shí)，他們只與機(jī)翼的形狀和迎角有關(guān)。一定值時(shí)，他們只與機(jī)翼的形狀和迎角有關(guān)。212LLCv S當(dāng)當(dāng)臨界臨界，升力系數(shù)隨迎角，升力系數(shù)隨迎角的增大而減小，進(jìn)入失速的增大而減小，進(jìn)入失速區(qū)。區(qū)。臨界迎角當(dāng)機(jī)翼迎角超過(guò)臨界點(diǎn)時(shí)，流經(jīng)上翼面的氣流會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)當(dāng)機(jī)翼迎角超過(guò)臨界點(diǎn)時(shí)，流經(jīng)上翼面的氣流會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重分離，形成大量渦流，升力下降，阻力急劇增加。飛重分離，形成大量渦流，升力下降，阻力急劇增加。飛機(jī)減速并抖動(dòng)，各操縱面?zhèn)鞯綏U、舵上的外力變輕，隨機(jī)減速并抖動(dòng)，各操縱面?zhèn)鞯綏U、舵上的外力變輕，隨后飛機(jī)下墜，機(jī)頭下俯，這種現(xiàn)象稱為失速。后飛機(jī)下墜，機(jī)頭下俯，這種現(xiàn)象稱為

35、失速。過(guò)失速機(jī)動(dòng)過(guò)失速機(jī)動(dòng)飛機(jī)在超過(guò)失速迎角之后，仍然有能力完成可操縱的戰(zhàn)術(shù)機(jī)動(dòng)。飛機(jī)在超過(guò)失速迎角之后，仍然有能力完成可操縱的戰(zhàn)術(shù)機(jī)動(dòng)。 相對(duì)厚度：相對(duì)厚度相對(duì)厚度：相對(duì)厚度CLmax 臨界臨界前緣半徑：前緣半徑前緣半徑：前緣半徑CLmax 臨界臨界展弦比：展弦比： 展弦比展弦比CLmax 臨界臨界后掠角：后掠角： 后掠角后掠角CLmax 臨界臨界前緣粗糙度：前緣越光滑，前緣粗糙度：前緣越光滑， CLmax 臨界臨界 分類分類附面層（邊界層）附面層（邊界層）阻阻力力摩擦阻力摩擦阻力壓差阻力壓差阻力干擾阻力干擾阻力誘導(dǎo)阻力誘導(dǎo)阻力零升阻力（廢阻）零升阻力（廢阻）由于空氣有粘性，當(dāng)它流過(guò)不是絕對(duì)

36、光滑的機(jī)體表由于空氣有粘性，當(dāng)它流過(guò)不是絕對(duì)光滑的機(jī)體表面時(shí)，機(jī)體表面對(duì)最緊貼自身的氣體微團(tuán)產(chǎn)生阻滯面時(shí)，機(jī)體表面對(duì)最緊貼自身的氣體微團(tuán)產(chǎn)生阻滯力，使其流速降為零，由此空氣的粘性產(chǎn)生阻滯力力，使其流速降為零，由此空氣的粘性產(chǎn)生阻滯力一層一層向外影響下去，就在機(jī)體表面形成了沿機(jī)一層一層向外影響下去，就在機(jī)體表面形成了沿機(jī)體表面法線方向，流速由零逐漸增加到外界氣流流體表面法線方向，流速由零逐漸增加到外界氣流流速的薄薄的一層空氣層，就叫做附面層。速的薄薄的一層空氣層，就叫做附面層。平板表面形成附面層平板表面形成附面層附面層內(nèi)的速度梯度附面層內(nèi)的速度梯度根據(jù)附面層內(nèi)氣體的流動(dòng)狀態(tài)可分為：根據(jù)附面層內(nèi)氣

37、體的流動(dòng)狀態(tài)可分為：層流附面層：前段附面層內(nèi)，流體微團(tuán)層次分明的層流附面層：前段附面層內(nèi)，流體微團(tuán)層次分明的沿機(jī)體表面向后流動(dòng)，上下各層之間的微團(tuán)互不混沿機(jī)體表面向后流動(dòng)，上下各層之間的微團(tuán)互不混淆。液體流速較低，質(zhì)點(diǎn)受粘性制約，不能隨意運(yùn)淆。液體流速較低，質(zhì)點(diǎn)受粘性制約，不能隨意運(yùn)動(dòng)，動(dòng)，粘性力粘性力起主導(dǎo)作用；起主導(dǎo)作用；紊流附面層：后段附面層，氣體微團(tuán)除了向前流動(dòng)紊流附面層：后段附面層，氣體微團(tuán)除了向前流動(dòng)外，還上下亂竄、互相摻和，已分不清流動(dòng)的層次。外，還上下亂竄、互相摻和，已分不清流動(dòng)的層次。液體流速較高，粘性的制約作用減弱，液體流速較高，粘性的制約作用減弱，慣性力慣性力起主起主導(dǎo)作

38、用。導(dǎo)作用。附面層由層流狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鳡顟B(tài)叫轉(zhuǎn)捩。液體流附面層由層流狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鳡顟B(tài)叫轉(zhuǎn)捩。液體流動(dòng)時(shí)，究竟是層流還是紊流，要用動(dòng)時(shí)，究竟是層流還是紊流，要用雷諾數(shù)雷諾數(shù)來(lái)判定。來(lái)判定。根據(jù)牛頓第三定律（作用力與反作用力定律），機(jī)根據(jù)牛頓第三定律（作用力與反作用力定律），機(jī)體表面給氣體微團(tuán)向前的阻滯力，使其速度下降，體表面給氣體微團(tuán)向前的阻滯力，使其速度下降，氣體微團(tuán)必定給機(jī)體以大小相等方向相反的向后的氣體微團(tuán)必定給機(jī)體以大小相等方向相反的向后的作用力，這個(gè)力就是摩擦力。作用力，這個(gè)力就是摩擦力。在紊流附面層的底層，機(jī)體表面對(duì)氣流的阻滯作用在紊流附面層的底層，機(jī)體表面對(duì)氣流的阻滯作用要比層流

39、附面層大得多，所以，紊流附面層的摩擦要比層流附面層大得多，所以，紊流附面層的摩擦阻力層流附面層的摩擦阻力阻力層流附面層的摩擦阻力影響因素：附面層內(nèi)氣流流動(dòng)狀態(tài)，接觸面積，機(jī)影響因素：附面層內(nèi)氣流流動(dòng)狀態(tài)，接觸面積，機(jī)體表面狀態(tài)等。體表面狀態(tài)等。1,1,采用層流翼型采用層流翼型目的：使附面層保持在層流狀態(tài)目的：使附面層保持在層流狀態(tài)原因：此種翼型下，壓力分布比較平坦，最低壓力原因：此種翼型下，壓力分布比較平坦，最低壓力點(diǎn)位置后移，減小附面層變厚的趨勢(shì)，有利于保持點(diǎn)位置后移，減小附面層變厚的趨勢(shì)，有利于保持層流附面層。層流附面層。2 2，在機(jī)翼表面安裝一些氣動(dòng)裝置，不斷向附面層，在機(jī)翼表面安裝一些

40、氣動(dòng)裝置，不斷向附面層輸入能量；結(jié)構(gòu)上也可以采取對(duì)附面層進(jìn)行吸氣或輸入能量；結(jié)構(gòu)上也可以采取對(duì)附面層進(jìn)行吸氣或吹氣的措施，加大附面層內(nèi)氣流的流動(dòng)速度，減小吹氣的措施，加大附面層內(nèi)氣流的流動(dòng)速度，減小附面層的厚度，使附面層保持層流狀態(tài)。附面層的厚度，使附面層保持層流狀態(tài)。3 3，保持機(jī)體表面的光滑清潔。機(jī)翼表面對(duì)氣流的，保持機(jī)體表面的光滑清潔。機(jī)翼表面對(duì)氣流的任何微小擾動(dòng)都會(huì)是流動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變。所以以后任何微小擾動(dòng)都會(huì)是流動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變。所以以后再維護(hù)修理飛機(jī)的工作中，一定要保持機(jī)體表面的再維護(hù)修理飛機(jī)的工作中，一定要保持機(jī)體表面的光滑整潔。光滑整潔。4 4，盡量減小機(jī)體與氣流的接觸面積。，盡量

41、減小機(jī)體與氣流的接觸面積。通俗解釋，就是運(yùn)動(dòng)的物體因前后壓力差而形成的通俗解釋，就是運(yùn)動(dòng)的物體因前后壓力差而形成的阻力。阻力。以低速飛行的對(duì)稱翼型為例以低速飛行的對(duì)稱翼型為例駐點(diǎn)駐點(diǎn)- -最低壓力點(diǎn)：順壓梯度最低壓力點(diǎn)：順壓梯度最低壓力點(diǎn)以后：逆壓梯度最低壓力點(diǎn)以后：逆壓梯度阻礙了附面層內(nèi)流體向后流阻礙了附面層內(nèi)流體向后流動(dòng)，同時(shí)附面層內(nèi)的氣流由于粘性的作用消耗了動(dòng)能。動(dòng)，同時(shí)附面層內(nèi)的氣流由于粘性的作用消耗了動(dòng)能。無(wú)法克服逆壓梯度的阻力繼續(xù)向后流動(dòng)，故發(fā)生了倒流，使無(wú)法克服逆壓梯度的阻力繼續(xù)向后流動(dòng)，故發(fā)生了倒流，使氣流離開(kāi)了翼面，產(chǎn)生了附面層分離現(xiàn)象。氣流離開(kāi)了翼面，產(chǎn)生了附面層分離現(xiàn)象。

42、由于分離后翼型背風(fēng)面的壓力低于前部壓力，故將產(chǎn)生壓差由于分離后翼型背風(fēng)面的壓力低于前部壓力，故將產(chǎn)生壓差阻力。阻力。1 1盡量減小飛機(jī)機(jī)體的迎風(fēng)面積。比如，在保證裝盡量減小飛機(jī)機(jī)體的迎風(fēng)面積。比如，在保證裝在所需要容積的情況下，機(jī)身橫截面的形狀應(yīng)采取在所需要容積的情況下，機(jī)身橫截面的形狀應(yīng)采取圓形或近似圓形。圓形或近似圓形。2 2暴露在空氣中的機(jī)體各部件外形應(yīng)采用流線型暴露在空氣中的機(jī)體各部件外形應(yīng)采用流線型（圓頭尖尾），以便適應(yīng)不同來(lái)流方向以及使翼型（圓頭尖尾），以便適應(yīng)不同來(lái)流方向以及使翼型后部邊界層不易出現(xiàn)分離。后部邊界層不易出現(xiàn)分離。3 3飛行時(shí)，除了起氣動(dòng)作用的部件外，其他機(jī)體部飛行時(shí)，除了起氣動(dòng)作