绕翼型不可压缩流动航院解析.pptx

绕翼型不可压缩流动航院解析会计学第1页/共18页1.第四章p100~127；2.第五章p128~153。教材：空气与气体动力学引论 李凤蔚第2页/共18页翼型描述及气动特性翼型描述升力?力矩?阻力?小迎角负迎角无分离?失速绕翼型无黏流动升力?力矩?阻力?大迎角正迎角前缘/尾缘：翼型的最前点/最后点弦长b：连接前/尾缘的直线段长度中弧线：内切圆圆心连线弯度f：垂直弦线方向上中弧线与弦线间的最大距离厚度c：最大内切圆直径内切圆尾缘前缘中弧线xcxf头园尾尖略弯曲?流线型翼型NACA四位数字翼型NACA2412NACA23012NACA五位数字翼型Cy设：翼型中弧线在前缘的切线与来流平行时的翼型理论升力系数NACA653-218NACA六位数字翼型第3页/共18页翼型模型气动特性二维/无翼梢/翼展?升力系数cl随?线性变化迎角?较小升力线斜率气流光滑流过翼型表面且为附着流动分离/回流?黏性clmax?cl下降?失速/失速攻角迎角?较大?小负迎角?cl=0a0与Re数无关clmax与随Re数增加而增加/惯性力占优、扰动变强、延缓分离cm,c/4与Re数基本无关第4页/共18页面涡理论及库塔条件涡管半径r?0时蜕化为涡丝垂直于无限长直涡丝各平行平面中的流动点涡低速翼型绕流解的面涡理论沿s单位长度上面涡强度ds上面涡强度面涡无穷多?无穷小的点涡ds对P点的诱导速度?除面涡外所有点处诱导速度满足矢量叠加原理且具有连续性?除面涡外所有点满足无旋条件速度势包围面涡的封闭曲线上面涡两侧涡切线方向速度分量不连续而法线速度分量相同；穿过面涡切线速度的改变量与当地的涡线强度有关；学时1第5页/共18页?分析方法升力+源+汇+(?∑?)库塔-儒可夫斯基升力公式均匀来流V?变强度面涡诱导速度叠加面涡/翼型表面为流线流体流经翼型黏性附面层强梯度?强旋度沿翼型表面的薄旋涡层?与翼型表面重合解析解薄翼型?上下表面重合?中弧线沿翼型中弧线分布面涡?翼型迎角较小附着涡：表征绕翼型有环量流动的旋涡理想流体无环量绕翼型流动后缘点/驻点有限速度汇合且平滑离开某确定迎角?0后缘点r?0即v??且p???下表面流体绕后缘?上表面驻点汇合真实流动情况物理不可能?分离/旋涡第6页/共18页+=实验黏性效应?物体上下表面气流在尾缘光滑处汇合环量?处于任何迎角下的具有尖锐后缘的翼型，若流体附体则流线汇合点必在后缘；?流体中运动的翼型，会产生适当强度的绕体?并使得物体的后缘点为驻点；?后缘点处流体质点速度为有限值。库塔条件不同?远场??及V?、边界条件?及翼型驻点位置不同的流动满足翼型表面为流线条件后缘点=驻点库塔条件? 唯一?上下表面的面涡中弧线面涡翼型库塔条件有限夹角后缘驻点a点处不可能出现两个速度a点处压力相等后缘夹角=0圆弧后缘存在第7页/共18页翼型在静止流场中加速至V?足够大闭曲线L且??0绕翼型曲线L1短时启动考虑黏性其后用无黏理论分析?启动过程及启动涡短时间内?1=0无环量绕翼型流动突然启动?后驻点O1位于上表面下表面流体绕后缘B点? O1点汇合静止流场??=0尾缘点B速度??/压力?0驻点O1速度=0/压力最高B?O1流动遇到强逆流压力梯度黏性流动无黏流动涡量守恒原理压力梯度流动逆时针旋涡?启动涡顺时针物面旋涡?附着涡后驻点O1?顺流后移后驻点O1?顺流后移至后缘点?启动涡脱落上下表面流动?后缘点处平滑汇合流向下游启动涡?随流体流向下游附着涡?绕翼型存在一段时间后?启动涡?20附着涡?10凯尔文定理闭曲线?=0第8页/共18页?翼型匀速运动/不考虑黏性?启动涡遗留在后方/绕翼型?为常量且可由旋涡代替即附着涡?真实条件下启动涡将逐渐耗散?翼型速度或攻角改变?新的启动涡生成过程斯托克斯定理流体的黏性是绕流物体时环量形成和产生升力的源泉第9页/共18页薄翼理论及薄翼绕流气动特性中弧线为流线满足尾缘库塔条件求解薄翼型?中弧线?沿中弧线分布面涡无穷远直匀流+面涡诱导速度=合成速度切于中弧线?x向距前缘?处长度ds面涡微段对面涡上距前缘x处点P诱导速度在面涡法线方向投影?直匀流在点P的面涡法线方向速度满足库塔条件的方程解为保证翼型中弧线为流线的面涡强度分布?(?)薄翼理论基本方程zx?x切线翼型弦线方向第10页/共18页对称/无弯度翼型复变函数的保角变换法薄翼基本方程解析解积分变换库塔条件环量升力升力系数升力线斜率力矩设对前缘抬头力矩为正距前缘?处面涡微元对称翼型压力中心位于1/4弦长处压力中心=气动中心力-力矩系统等效方法压力中心/压心xp ：作用于翼型上的空气动力载荷简化为作用于弦上某参考点的力，且绕该参考点气动载荷合力矩为零。气动中心/焦点xF：翼型上有一个点，以该点为参考点的力矩与迎角?或升力系数无关。第11页/共18页有弯度翼型完全由弯度产生解析增量/对面涡强度分布调