空氣動(dòng)力學(xué)前六章知識(shí)要點(diǎn)

空氣動(dòng)力學(xué)前六章知識(shí)要點(diǎn)空氣動(dòng)力學(xué)前六章知識(shí)要點(diǎn)空氣動(dòng)力學(xué)前六章知識(shí)要點(diǎn)xxx公司空氣動(dòng)力學(xué)前六章知識(shí)要點(diǎn)文件編號(hào)：文件日期：修訂次數(shù)：第1.0次更改批準(zhǔn)審核制定方案設(shè)計(jì)，管理制度空氣動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)前六章總結(jié)第一章 空氣動(dòng)力學(xué)一些引述1、 空氣動(dòng)力學(xué)涉及到的物理量的定義及相應(yīng)的單位①壓強(qiáng)：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(shí)間內(nèi)對(duì)面發(fā)生沖擊（或穿過該面）而發(fā)生的動(dòng)量變化，具有點(diǎn)屬性。單位：Pa,kPa,MPa一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓：101kPa②密度：定義為單位體積內(nèi)的質(zhì)量，具有點(diǎn)屬性。單位：kg/㎡空氣密度：1.225Kg/㎡③溫度：反應(yīng)平均分子動(dòng)能，在高速空氣動(dòng)力學(xué)中有重要作用。單位：℃④流速：當(dāng)一個(gè)非常小的流體微元通過空間某任意一點(diǎn)的速度。單位：m/s⑤剪切應(yīng)力：μ：黏性系數(shù)⑥動(dòng)壓：2、 空氣動(dòng)力及力矩的定義、來源及計(jì)算方法空氣動(dòng)力及力矩的來源只有兩個(gè)：①物體表面的壓力分布②物體表面的剪應(yīng)力分布。氣動(dòng)力的描述有兩種坐標(biāo)系：風(fēng)軸系（L,D）和體軸系(A,N)。力矩與所選的點(diǎn)有關(guān)系，抬頭為正，低頭為負(fù)。，3、 氣動(dòng)力系數(shù)的定義及其作用氣動(dòng)力系數(shù)是比空氣動(dòng)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）,,,,,,二維：S=C(1)=C4、 壓力中心的定義壓力中心，作用翼剖面上的空氣動(dòng)力，可簡(jiǎn)化為作用于弦上某參考點(diǎn)的升力L,阻力D或法向力N，軸向力A及繞該點(diǎn)的力矩M。如果繞參考點(diǎn)的力矩為零，則該點(diǎn)稱為壓力中心，顯然壓力中心就是總空氣動(dòng)力的作用點(diǎn)，氣動(dòng)力矩為0。5、 什么是量綱分析，為什么要進(jìn)行量綱分析，其理論依據(jù)，具體方法在等式中，等號(hào)左邊和等號(hào)右邊各項(xiàng)的的量綱應(yīng)相同，某些物理變量可以用一些基本量（質(zhì)量，長(zhǎng)度，時(shí)間等）來表達(dá)，據(jù)此有了量綱分析法，量綱分析可以減少方程獨(dú)立變量個(gè)數(shù)，其理論依據(jù)是白金漢π定理。白金漢π定理：一個(gè)含有N個(gè)變量的等式，可以寫成N-K個(gè)π積的函數(shù)形式，K表示用K個(gè)基本量綱來化簡(jiǎn)，每個(gè)非獨(dú)立變量只出現(xiàn)在一個(gè)π積中，最終每個(gè)π積中K個(gè)量綱的冪指數(shù)分別等于0，方程得到化簡(jiǎn)。通過量綱分析法引出了雷諾數(shù)Re和馬赫數(shù)M，這兩個(gè)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。6、 流動(dòng)相似判斷流動(dòng)動(dòng)力學(xué)相似的標(biāo)準(zhǔn)是：①兩流體的表面和所有固體邊界是幾何相似的②相似參數(shù)相同，即馬赫數(shù)和雷諾數(shù)。7、 流動(dòng)問題的分類，判斷標(biāo)準(zhǔn)，各有什么樣的特點(diǎn)；(連續(xù)介質(zhì)與自由分子；有粘無粘；可壓不可壓；根據(jù)馬赫數(shù)的分類)流動(dòng)類型：當(dāng)分子對(duì)物體表面的碰撞很頻繁以致于物體不能分辨出單個(gè)分子碰撞（平均自由程很小），對(duì)物體表面而言流體是連續(xù)介質(zhì)，這樣的流動(dòng)成為連續(xù)流動(dòng)。如果流動(dòng)中沒有摩擦、熱傳導(dǎo)或者擴(kuò)散，那么這樣的流動(dòng)被稱為無黏流動(dòng)。密度是常數(shù)的流動(dòng)稱作不可壓縮流動(dòng)（M<）。馬赫數(shù)區(qū)域：如果流動(dòng)中任意一點(diǎn)的馬赫數(shù)都小于1，那么流動(dòng)是亞音速的（M<）。既有M<1的區(qū)域又有M>1的區(qū)域成為跨音速區(qū)域（<M<1,1<M<）。如果流場(chǎng)中任意一點(diǎn)的馬赫數(shù)都大于1，該流動(dòng)是超音速的(M>。當(dāng)足夠大(M>5)，以至于黏性相互作用和/或者化學(xué)反應(yīng)在流動(dòng)中占首要地位，這樣的流動(dòng)稱為高超聲速流動(dòng)。8、 粘性及流動(dòng)分離對(duì)氣動(dòng)力的影響（特別是典型構(gòu)型）；大部分空氣動(dòng)力流動(dòng)的理論分析都把遠(yuǎn)離物體的區(qū)域作為無黏流動(dòng)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(dòng)來考慮。緊挨物體的薄層黏性區(qū)域叫做邊界層。流動(dòng)從物面分離，急劇改變物面的壓力分布，從而引起壓差阻力的大幅增加。9、 飛行器及其部件（特別是翼型）升、阻力、力矩氣動(dòng)特性氣動(dòng)力系數(shù)在確定飛機(jī)性能和設(shè)計(jì)時(shí)是非常重要的工程指標(biāo)。設(shè)計(jì)的目的是在獲得必需的升力的同時(shí)產(chǎn)生盡可能小的阻力。第二章 空氣動(dòng)力學(xué)基本原理和控制方程1、 梯度，散度，斯托克斯定理數(shù)量場(chǎng)的梯度，p的梯度定義為這樣的一個(gè)矢量：①它的量值就是p在這個(gè)給定點(diǎn)單位空間長(zhǎng)度上的變化率的最大值②它的方向就是p在這個(gè)給定點(diǎn)最大變化率的最方向。在笛卡爾坐標(biāo)系中p=p(x,y,z),則矢量場(chǎng)的散度，固定質(zhì)量的流體微元的單位體積的體積時(shí)間變化率等于速度矢量的散度，用表示。在笛卡爾坐標(biāo)系中V=V(x,y,z)=,則有散度矢量場(chǎng)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(biāo)系中V=V(x,y,z)=，則有斯托克斯定理如下散度定理如下梯度定理如下2、 描述流體的模型①有限控制體模型②無限小流體微元模型③分子模型速度散度的數(shù)學(xué)描述及物理含義速度散度的數(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(gè)運(yùn)動(dòng)的流體微元單位體積的體積時(shí)間變化率。4、 流動(dòng)的基本控制方程的理論依據(jù)（三大守恒定律），推導(dǎo)過程要了解，特別是要掌握方程中每一項(xiàng)數(shù)學(xué)表達(dá)式中的物理含義①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。積分形式：流出控制體凈質(zhì)量流量=V內(nèi)質(zhì)量減少量微分形式：②動(dòng)量方程，流體的動(dòng)量隨時(shí)間的變化率與流體所受的體積力和表面力的和是相等的。積分形式：微分形式：歐拉方程（無黏流）：，，N-S方程（有黏流）：③能量守恒，能量守恒的數(shù)學(xué)表示形式就是能量方程。5、 實(shí)質(zhì)導(dǎo)數(shù)，定義及所描述的物理含義實(shí)質(zhì)導(dǎo)數(shù)：是表示當(dāng)一個(gè)流體微元運(yùn)動(dòng)通過點(diǎn)1時(shí)它的密度的瞬時(shí)時(shí)間變化率的符號(hào)。按定義，這個(gè)符號(hào)叫做實(shí)質(zhì)導(dǎo)數(shù)（或物質(zhì)導(dǎo)數(shù)，隨體導(dǎo)數(shù)）物理意義：流體單元的跟隨時(shí)間變化率。=當(dāng)?shù)貙?dǎo)數(shù)+遷移導(dǎo)數(shù)密度的實(shí)質(zhì)導(dǎo)數(shù)：6、 跡線，流線，染色線的定義，區(qū)別與聯(lián)系跡線，當(dāng)微元A從點(diǎn)1開始向下游運(yùn)動(dòng)時(shí)，它的運(yùn)動(dòng)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(diǎn)的切向皆為這一點(diǎn)的速度方向。染色線，連接流體微團(tuán)的線。定常流動(dòng)，三條線相同，只有非定常才不相同。7、 流體微元（團(tuán)）的旋轉(zhuǎn)角速度，旋度（渦量），變形（應(yīng)變率）的定義及描述流體微元（團(tuán)）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，，8、 環(huán)量、流函數(shù)、速度勢(shì)的定義。流函數(shù)與速度勢(shì)的區(qū)別與聯(lián)系速度環(huán)量：（流體旋度的總效應(yīng)）流函數(shù)為速度勢(shì)對(duì)于一個(gè)標(biāo)量函數(shù)，流動(dòng)的速度可由的梯度給出。我們稱為速度勢(shì)。流函數(shù)的存在是根據(jù)二維不可壓縮流動(dòng)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(dòng)，流函數(shù)必定存在。流函數(shù)給出了流線的表達(dá)式。等勢(shì)線的梯度線為流線。第三章 無粘不可壓縮流動(dòng)1、 伯努利方程的推導(dǎo)，成立的條件及應(yīng)用伯努利方程： alongastreamline throughtheflow（對(duì)于無旋流）歐拉方程：成立條件：（a）僅適用于無黏不可壓縮流動(dòng)（b）有旋流動(dòng)中沿著一條流線成立（c）無旋流動(dòng)中在任意點(diǎn)處成立（d）忽略體積力，并假設(shè)流動(dòng)是定常的應(yīng)用：文德利管，低速風(fēng)洞，空速管2、 壓強(qiáng)系數(shù)定義及應(yīng)用壓強(qiáng)系數(shù)為對(duì)于不可壓縮流動(dòng)，可以只用速度來表示，3、 無旋不可壓流動(dòng)的控制方程--拉普拉斯方程，主要是推導(dǎo)依據(jù)和成立條件（1） 針對(duì)速度要滿足的條件：一是散度為零（怎么來的在什么樣的條件下，速度散度才能為零），二是旋度為零。（2） 速度所要滿足的邊界條件。無旋不可壓縮流動(dòng)的控制方程（拉普拉斯方程）：（1）不可壓縮流動(dòng)的速度條件是速度的散度為0，無旋流動(dòng)速度旋度為0。（2）速度的邊界條件：①無窮遠(yuǎn)處邊界條件②物面邊界條件。4、 四個(gè)基本流動(dòng)；包括公式中出現(xiàn)的每一項(xiàng)的指代含義，例如偶極子中的強(qiáng)度是怎么定義的，具有什么樣的量綱，第四章、第五章還出現(xiàn)了源面、渦面，也給出了強(qiáng)度定義，又指代的是什么四種基本流動(dòng)： ①均勻流：有一來流速度大小為的均勻流動(dòng)，其速度方向與x軸同向，此均勻流動(dòng)滿足的關(guān)系，所以均勻流動(dòng)可以看成是無旋不可壓縮流動(dòng)。，。 ②源流：源流是一種不可壓縮流動(dòng)，即，但原點(diǎn)除外，因?yàn)榇它c(diǎn)為奇點(diǎn)。源流動(dòng)在任意點(diǎn)處都是無旋的。包括點(diǎn)源和點(diǎn)匯。，源強(qiáng)度，物理上是單位時(shí)間內(nèi)，垂直于紙面單位深度，從源流出的體積。 ③偶極子流動(dòng)：在一個(gè)源-匯對(duì)的的演變中產(chǎn)生了一個(gè)叫做偶極子的奇點(diǎn)。， ④渦流：所有的流線都是關(guān)于一個(gè)點(diǎn)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(dòng)稱為渦流。，渦流強(qiáng)度以順時(shí)針為正。5、 流動(dòng)疊加的原理及疊加后的流動(dòng)分析方法拉普拉斯方程的解滿足疊加原理，簡(jiǎn)單基本流動(dòng)拉普拉斯方程疊加而成的流動(dòng)也滿足拉普拉斯方程。描述流場(chǎng)的參數(shù)之間的關(guān)系是否為線性，是能否應(yīng)用流場(chǎng)疊加原理的條件。6、 幾種有基本流動(dòng)疊加合成的典型流動(dòng)幾種基本流動(dòng)疊加合成的典型流動(dòng)：均勻流與點(diǎn)源和點(diǎn)匯的疊加，繞圓柱的無升力流動(dòng)（均勻流與偶極子的疊加），繞圓柱的有升力流動(dòng)（繞圓柱無升力流動(dòng)和點(diǎn)渦的疊加）。7、 庫(kù)塔茹克夫斯基定理。庫(kù)塔-茹科夫斯基定理，，其中第四章 繞翼型的不可壓流動(dòng)1、 機(jī)翼氣動(dòng)特性研究?jī)刹阶叩牟呗詫?duì)機(jī)翼的氣動(dòng)分析可以分為兩部分：對(duì)機(jī)翼剖面（即翼型）的研究；和對(duì)翼型氣動(dòng)特性的修正以應(yīng)用于完整的有限翼展機(jī)翼。2、 翼型的幾何描述，常見翼型的升阻力及力矩氣動(dòng)特性在翼型描述中的幾個(gè)術(shù)語(yǔ)有：中弧線（meancamberline），前緣（leadingedge），后緣（trailingedge），弦線（chordline），彎度（camber），厚度（thickness），弦長(zhǎng)（chordlength)。中弧線上的所有點(diǎn)位于上下表面的中點(diǎn)，即在中弧線各點(diǎn)沿垂直方向測(cè)量距離時(shí)，各點(diǎn)與上下表面間的距離相等。中弧線頭部和尾部的點(diǎn)分別稱為前緣和后緣。連接翼型前緣點(diǎn)和后緣點(diǎn)的直線叫弦線，前緣點(diǎn)到后緣點(diǎn)的直線距離記為翼型的弦長(zhǎng)c，彎度是指沿著垂直于弦線方向測(cè)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。常見翼型：NACA2412,NACA23012,NACA65-218翼型參數(shù)。為翼型升力系數(shù)；；阻力和分離導(dǎo)致的壓差阻力（又叫做形狀阻力），兩者之和即為翼型的型阻系數(shù)；3、 低速無粘繞流的理論求解體系對(duì)庫(kù)塔條件的說明和總結(jié)：①對(duì)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(diǎn)。②如果翼型后緣夾角為有限大小，則后緣點(diǎn)位駐點(diǎn)③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(tuán)所形成的封閉曲線上的環(huán)量對(duì)時(shí)間的變化率為0。4、 針對(duì)薄翼型的薄翼理論薄翼理論建立在用彎度線代替翼型的基礎(chǔ)上。渦面布置在弦線上，它的強(qiáng)度分布應(yīng)當(dāng)保證：在疊加了均勻來流以后，彎度線是一條流線，同時(shí)滿足庫(kù)塔條件。渦面強(qiáng)度分布可以通過以下薄翼理論的基本方程得到：5、 壓力中心，氣動(dòng)中心，零升迎角對(duì)稱翼型的壓力中心在四分之一弦點(diǎn)。在翼型上存在著一個(gè)特殊的位置點(diǎn)，對(duì)該點(diǎn)的力矩大小不隨迎角的變化而變化，這個(gè)點(diǎn)稱為氣動(dòng)中心。升力為0時(shí)對(duì)應(yīng)的迎角叫零升迎角，記為6、 粘性對(duì)翼型阻力的影響，層流、湍流、轉(zhuǎn)捩等的不同影響粘性直接產(chǎn)生了翼型的氣動(dòng)阻力，它通過兩個(gè)機(jī)理來體現(xiàn)：①表面摩擦阻力，是由于剪切應(yīng)力作用于物體表面而產(chǎn)生的；②由于流動(dòng)分離導(dǎo)致的壓差阻力，有時(shí)稱為形狀阻力。在粘性作用下，層流邊界層厚度由前緣呈拋物線增長(zhǎng)。表面摩擦阻力是翼型前段層流表面摩擦和其余部分湍流表面摩擦的結(jié)合。進(jìn)過轉(zhuǎn)捩區(qū)后，層流變成完全的湍流。7、 真實(shí)的翼型繞流現(xiàn)象，重點(diǎn)掌握翼型失速，定義，產(chǎn)生的原因，分類，對(duì)氣動(dòng)特性的影響翼型失速：超過臨界迎角后，翼型上表面邊界層將發(fā)生嚴(yán)重的分離，升力急劇下降而不能保持正常飛行的現(xiàn)象。翼型失速類型：前緣失速，后緣失速，薄翼失速。失速后升力系數(shù)急劇下降。8、 影響翼型最大升力系數(shù)的因素翼型厚度，襟翼，前緣縫翼等。第五章 繞有限展長(zhǎng)機(jī)翼的不可壓流動(dòng)1、 什么是下洗，對(duì)機(jī)翼的氣動(dòng)特性有什么影響下洗：機(jī)翼產(chǎn)生升力時(shí)引發(fā)流經(jīng)機(jī)翼的氣流向下運(yùn)動(dòng)，有限翼展機(jī)翼的翼尖渦引起下洗。下洗導(dǎo)致機(jī)翼各剖面有效迎角減小。下洗的存在導(dǎo)致了阻力分量的產(chǎn)生。2、 幾何攻角、誘導(dǎo)攻角、有效攻角的定義及相互關(guān)系幾何攻角：機(jī)翼弦線于來流方向的夾角。誘導(dǎo)攻角：當(dāng)?shù)叵鄬?duì)流動(dòng)相比來流方向向下傾斜的角度。有效攻角：翼型弦線于當(dāng)?shù)叵鄬?duì)來流之間的夾角。3、 誘導(dǎo)阻力的產(chǎn)生機(jī)理由于下洗的存在，以及下洗使得相對(duì)來流向下偏轉(zhuǎn)的效應(yīng)，各翼型剖面的當(dāng)?shù)厣Ψ较蚺c當(dāng)?shù)叵鄬?duì)來流方向垂直，即升力方向在與來流垂直向上的基礎(chǔ)上又向后偏轉(zhuǎn)了一個(gè)角。所以當(dāng)?shù)厣κ噶吭趤砹鞣较蛏蠒?huì)產(chǎn)生一個(gè)分量，這個(gè)分量叫做誘導(dǎo)阻力。4、 普朗特經(jīng)