第二章 气动基础回顾-1.ppt

《飞行器空气动力学》 上海交通大学 航空航天学院 第二章 空气动力学基础 机翼的升力产生机制：上下翼面压力差 问题：压力差产生原因？ Continuity (Mass Conservation) Newton’s 2nd law (Euler or Bernoulli Equation) All modern high-speed aircraft have swept wings: WHY? Compressible vs. Incompressible Compressible: flow in which density of fluid elements can change from point to point All real flows are compressible Important for gases (rarely important for liquids) Most important at high speeds Incompressible: flow in which density of fluid elements is always constant General Rule of Thumb: If flow speed is less than 100 m/s, flow can be considered incompressible If flow is less than Mach 0.3, flow can be considered incompressible Mach number: ratio of local velocity to local speed of sound Friction vs. No-Friction Viscous: Flows with friction All real flows are viscous Inviscid flow is a useful idealization By neglecting friction analysis of flow is usually simplified Inviscid: Flows with no friction Boundary Layer B.L. either laminar or turbulent All laminar B.L. → turbulent B.L. Separation creates another form of drag Dramatic loss of lift and increase in drag 2. 一维流动、二维流动和三维流动 对于超声速流动，要使流动速度增加，必须使管道截面扩张；要使速度减小，必须使管道截面收缩。 结论：They are the direct opposite of the trends for subsonic flow. 与亚声速流变化趋势完全相反。 Convergent Divergent 2.3 准一维流动及欧拉方程 为什么在亚声速流中, 要使速度增大，必须缩小截面积A；而在超声速流动中要使速度增大，必须增大截面积A呢？ 由推导出的密度与速度关系就可以明显看出: 很明显，由上式可以看出， 在亚声速时，密度下降比速度增大慢，为保证质量守恒方程式 得到满足, 要使速度增大面积A必须减小; 而在超声速时，密度下降比速度增大快得多，为保证质量守恒方程式 得到满足，必须增大截面积A。 2.3 准一维流动及欧拉方程 对于M=1(声速流), 即使du为有限值，仍对应dA=0。在数学上，这对应于截面积分布函数A(x)达到当地最大或最小。在物理上，M=1只能对应于管道面积最小处。 2.3 准一维流动及欧拉方程 要使静止气体等熵地加速为超声速流。首先应通过收缩管道在亚声速段加速气体；然而，一旦达到声速，必须通过扩张管道进一步将气流加速至超声速。因此，要在管道的出口处产生超声速气流，必须将管道设计成如下图所示的收缩-扩张管道（convergent-divergent duct）；并且马赫数等于1只可能出现在最小截面积处。喷管的最小截面积处也被称为喉道（throat）。 2.3 准一维流动及欧拉方程 这种通过收缩-扩张管道产生超声速气流的方法是瑞典工程师拉瓦尔在十九世纪末首先实现的，因此这种先收缩后扩张的喷管也被称为拉瓦尔管。 重要结论： Sonic flow can only occur at a throat or minimum area of the flow