高速飛行的基本特點(diǎn)課件講解

PART高速飛行的基本特點(diǎn)11當(dāng)飛機(jī)低速飛行時(shí)，把空氣看成是不可壓縮的。但在高速飛行時(shí)，空氣的可壓縮性引起了空氣流動(dòng)規(guī)律的一些本質(zhì)性的變化，這時(shí)就必須考慮空氣的可壓縮性了。空氣的可壓縮性是造成高速飛行不同于低速飛行的主要原因。2.5.1空氣的可壓縮性和飛行馬赫數(shù)1空氣的可壓縮性2飛行馬赫數(shù)飛機(jī)飛行的馬赫數(shù)（Ma）等于飛機(jī)空速與當(dāng)前飛行高度處聲速的比值，是一個(gè)無(wú)量綱的量。馬赫數(shù)既反映了飛機(jī)飛行對(duì)空氣施加的壓力變化量的大小，也反映了空氣可壓縮性的大小。馬赫數(shù)越大，說明飛機(jī)對(duì)空氣的壓縮程度更大。這樣，空氣的可壓縮性表現(xiàn)的越明顯，對(duì)飛行的影響就越大。2.5.2高速飛行氣流的加速和減速特性當(dāng)Ma＜0.4時(shí)，流速變化帶來(lái)的空氣密度的變化很小，可以忽略不計(jì)，認(rèn)為空氣密度ρ=常數(shù)，流管的截面面積就必須減小才能使氣流加速。當(dāng)Ma=1.0時(shí)，流管截面面積保持不變。當(dāng)Ma＞1.0時(shí)，隨著馬赫數(shù)的增大，空氣密度減小的百分?jǐn)?shù)越來(lái)越大。這時(shí)，為了保持質(zhì)量流量不變，流管的截面面積必須加大。也就是超聲速氣流是通過流管擴(kuò)張來(lái)加速的為了使亞聲速氣流加速到超聲速，必須使用先收縮后擴(kuò)張的流管。亞聲速氣流先在流管的收縮部分加速，并在流管的最細(xì)部位（流管的喉部）達(dá)到聲速，然后再在流管的擴(kuò)張部分繼續(xù)加速成為超聲速氣流。這種形狀的流管叫做拉瓦爾噴管，也叫做超聲速噴管。2.5.2高速飛行氣流的加速和減速特性2.5.3馬赫錐、激波和膨脹波飛機(jī)在空中飛行時(shí)，對(duì)空氣產(chǎn)生的小擾動(dòng)以聲速向外傳播，使周圍空氣受到擾動(dòng)。當(dāng)飛機(jī)的速度大于聲速時(shí)，飛機(jī)會(huì)領(lǐng)先它所發(fā)出的擾動(dòng)波而跑到擾動(dòng)波的前面。當(dāng)飛機(jī)以超聲速飛行時(shí)，通過飛機(jī)機(jī)頭作各擾動(dòng)波波面的切線，切線形成的圓錐體叫做馬赫錐。馬赫錐面就是超聲速飛行時(shí)受擾動(dòng)空間與未受擾動(dòng)空間的分界面。1馬赫錐2激波激波是氣流以超聲速流過帶有內(nèi)折角物體表面時(shí)，受到強(qiáng)力壓縮而形成的強(qiáng)擾動(dòng)波。隨著馬赫數(shù)的增加，激波逐漸產(chǎn)生。氣流通過激波后空氣的參數(shù)發(fā)生劇烈的變化，速度下降，溫度、壓力、密度上升。激波在空氣中的傳播速度大于聲速，激波的強(qiáng)度越大，傳播的速度越快。3膨脹波

當(dāng)超聲速氣流流過帶有外折角的物體表面時(shí)，流管變粗，氣流速度加快，壓力下降。由于物體外折角對(duì)超聲速氣流的擾動(dòng)，引起氣流膨脹加速的扇形波叫做膨脹波。氣流通過一個(gè)個(gè)波面逐漸加速降壓，并轉(zhuǎn)變方向，最后生成更高速的氣流，沿外折后的物體表面流走。超聲速氣流是通過激波壓縮減速，通過膨脹波膨脹加速的。2.5.4臨界馬赫數(shù)和臨界速度飛機(jī)飛行時(shí)，流過機(jī)翼表面各處的氣流速度并不等于飛機(jī)的飛行速度，在正迎角的情況下，流過機(jī)翼上翼面的氣流被加速，在翼型的壓力最低點(diǎn)處，流速達(dá)到最大?？紤]到空氣的可壓縮性，氣流的流速增加，不但靜壓要下降，溫度和密度也要下降，這樣，在最大速度點(diǎn)處溫度也最低，聲速也最小。所以，該點(diǎn)處的局部馬赫數(shù)是流場(chǎng)中最大的。隨著飛機(jī)飛行速度的不斷提高，該點(diǎn)處的局部氣流速度越來(lái)越高，局部聲速越來(lái)越低，局部馬赫數(shù)也越來(lái)越大。當(dāng)飛機(jī)飛行速度還沒有達(dá)到飛行高度的聲速時(shí)，但該點(diǎn)處的局部氣流速度就可能達(dá)到了該處的局部聲速，局部馬赫數(shù)達(dá)到了1，形成了等聲速點(diǎn)。此時(shí)，飛機(jī)飛行的馬赫數(shù)就叫做臨界馬赫數(shù)，飛機(jī)飛行的速度就叫做臨界速度。2.5.5聲障和熱障正是因?yàn)樵贛a＞M臨后，翼型的空氣動(dòng)力特性出現(xiàn)了如此復(fù)雜的變化，使得亞聲速飛機(jī)一旦飛行馬赫數(shù)接近臨界馬赫數(shù)，除了阻力突然增大使飛機(jī)難以加速外，升力也會(huì)驟然下降，造成飛機(jī)失速。還會(huì)出現(xiàn)飛機(jī)自動(dòng)低頭俯沖，飛機(jī)抖振、操縱效率下降和自動(dòng)橫滾等現(xiàn)象，使飛機(jī)失去控制，甚至?xí)斐蓢?yán)重的飛行事故。即使加大亞聲速飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率或推力，也不可能克服這些現(xiàn)象進(jìn)行跨聲速飛行。這些現(xiàn)象就是所謂的“聲障”。氣流流過機(jī)體時(shí)，附面層內(nèi)的空氣受到摩擦阻滯，溫度升高，氣流的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，?duì)機(jī)體表面進(jìn)行加熱，這就是空氣動(dòng)力加熱。亞聲速飛行時(shí)，摩擦阻滯產(chǎn)生的熱量少，很快在空中散掉了，機(jī)體表面溫度增加不多，也就不存在“熱障”問題。但當(dāng)飛機(jī)在空中進(jìn)行超聲速飛行時(shí)，空氣動(dòng)力加熱的問題就逐漸嚴(yán)重了。以超聲速進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的巡航飛行時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間的空氣動(dòng)力加熱不但使機(jī)體表面溫度升高，而且會(huì)使機(jī)體結(jié)構(gòu)熱透，并使座艙溫