第一章-1飞行动力学-空气动力学.ppt

第一个概念是流场，可流动的介质叫做流体，流体所占据的空间就称为流场。我们日常生活中常见的流体有哪些呢？比如说水、油、气体等。显然我们飞行控制系统中主要研究的流场是空气所形成的气体流场。 流场的描述是一个连续函数，把流体运动的速度、加速度以及流体的状态参数表示为几何位置和时间的函数。流体的状态参数主要是指它的密度、压强、温度。 高中物理中我们学过气体分子之间是有间隙的，这个间隙和飞行器相比可以忽略。因此我们所说的流场中某点的流速和状态参数时是指以该点为中心的一个很小邻域的分子群，也称为流体微团。并不是说某一个气体分子。 流体微团流动形成的轨迹称为流线。在流线上每一点的切线方向就是当地流速方向。由于分子的排斥性，流线不相交，流体微团也不会穿越流线。 大家考虑一下，流线的性质和我们在物理中学到的什么物理量比较相像？（磁感应线） 由于分子微团不会穿过流线，而流线也不相交，那我们相像一下很多条流线就形成了一个管状，管内的气体不会流出，管外的气体也不可能流入，这样的管就称为流管。流管相当于是封闭的，所以在不同的截面上，流量应该是相同的。 前面在讲到流场时，我们讲过流场的速度、加速度、以及流体的状态参数可以表示为几何位置和时间的函数。如果这些参数只与几何位置有关，关于时间是定常的，就称为定常流，也叫定型流场。那么反之，如果与时间有关就叫做非定常流。 由于运动是相对的，所以不管是物体静止空气流动还是物体运动空气静止，只要它们之间的相对速度一致，流场中各点的物理量以及作用在物体上的空气动力就完全相同，这称为流动的相对性原理。这一点对于我们来说应该是比较好理解的。 此页需要借助板书。 在流管上分别取垂直于流速方向的两个截面，分别用V1。。。m2表示其速度、密度、面积和流量质量。（示意图板书） 因为空气流动是连续的，并且我们讨论的定常流中各点均无随时间的分子堆积，因此单位时间内，流入截面1的空气质量等于流出截面2的空气质量，即。。。。（公式板书），这就是连续方程。 上式可以写为。。。。这是质量守恒原理在流体力学中的应用。 （公式板书） 在飞行速度不大的情况下，密度变化也很小，连续方程可以简化为VA=常数。 （公式板书） 由此式可以看出，流管截面大的地方流速小，流管截面小的地方流速大。 （示意板书）， 首先板书推导 伯努利方程。 在该方程中，p便是静压，1/2pv2表示动压。动压的物理意义是单位体积空气流动的动能。因而伯努利方程的物理意义是静压和动压之和沿流管不变。 当流速为0，动压为0，静压达到最大p0，称为总压。伯努利方程也可写为：。。。 表明：同一流管中，流速大的地方静压小，流速小的地方静压大，流速为0时静压最大，即为总压。 这一关系不仅在流管上成立，在同一流线上也同样成立。 （本页需要重新考虑如何讲） 马赫数的定义是气流速度和当地音速之比，它表示的是空气受压缩的程度。 远前方的迎面气流速度V?与远前方空气的音速a?之比定义为临界马赫数Mcr。 根据马赫数的大小可以对飞行速度范围进行划分如下。。。 物体在空气中运动，首先会引起物体表面空气密度和压强的变化，这种变化以波动的形式向四周传播，速度为音速。比如我们走动的时候能够明显的感觉皮肤表面接触的气流发生了变化。 飞机在大气中飞行就是一个扰动源。而且飞行速度不同，产生的扰动效果也不同。主要有以下一种情况： 第一种情况：当飞行速度为0时，扰动以球面波的形式传播，整个区域都会受到扰动。 第二种情况：当飞行速度小于a时，马赫数小于1时，当飞机到达前，飞机前方空气已经受到扰动，将绕过飞机，因此密度变化不大。在足够的时间后，扰动也会涉及到整个流场。 第三种情况：当飞行速度等于a时，马赫数等于1时，飞机和扰动波几乎同时到达，前方空气来不及躲开，局部空气密度显著增大。由图c可以看出，扰动不能够传播到扰源前，只对下游产生影响。 第四种情况：当飞行速度大于a时，马赫数大于1时，前方空气在没有受到扰动的情况下接近飞机，飞机前面临近处的空气密度突然增大，从而形成激波。关于激波我们马上会进一步介绍。这种情况下受扰区域只限于下游的马赫锥内，圆锥的半顶角为。。。（板书公式，简述推导过程） 以上四种情况说明M不同，在干扰源前的空气受压缩程度是不同的。这部分内容也解释了我们前面讲的为什么马赫数表示了空气受压缩的程度。 音障 * 当空气以超音速流经物体的时候，会产生激波，而且在定型流的情况下，激波相对于物体是静止的。 那么什么是激波？激波实际上即使一个分界面。。。巴拉巴拉。。。因此激波就是气流各参数的不连续分界面。 前面我们讲过不同流速对于干扰的影响。那么气流流经物体时产生的干扰，不仅与流速有关，也与物理的形状有关。举个简单的例子，一块大面板和一个细椎体以同样的速度在空气中运动，产生的扰动显然不同，所以感受到的阻力也不同