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飞行器空气动力学经典课件——空气动力学基础

空气动力学基础?大气的重要物理

参数大气层的构造国际标准大气流体流动的基本概念流体流动的基

本规律机翼几何外形和参数作用在飞机上的空气动力

大气的重要物理参数1.大气密度2.大气温度3.大气压力4.粘性

5.可压缩性6.雷诺数和马赫数1.大气密度ρ是指单位体积内的空气

质量,用ρ表示,单位:kg/m3,

则有:空气的密度大,单位体积内的空气分子多,比较稠密;

反之,比较稀薄。由于地心引力的作用,ρ随高度H的增加而减

小,近似

按指数曲线变化。

/mV2.大气温度T是指大气层内空气的冷热程度。微观上来讲,

温度体现

了空气分子运动剧烈程度。所以说温度是大量分子热运

动的集体表现,含有统计意义。对于个别分子来说,温

度是没有意义的。摄氏温标(℃)绝对温标(K)华氏温标(?)这三

种温度单位的换算关系可表示为:

9325

273.15

FC

KC

TT

TT3.大气压力p是指作用在单位面积且方向垂直于此面积(沿

内法线方

向)的力。就空气来讲,空气的压力是众多空气分子在

物体表面不断撞击产生的结果。在飞机上产生的空气动

力中,特别是升力,大都来自于飞机外表面上的空气压

力。单位:毫米汞柱(mmHg)、帕(Pa(N/m2))、每平

方英寸磅(Psi)等,其中,帕(Pa(N/m2))为国际

计量单位。规定在海平面温度为15℃时的大气压力即为一个标

准大

气压,表示为760mmHg或1.013×105Pa。大气压力随

高度的变化如图完全气体是气体分子运动论中采用的一种模型

气体。它的分子体

积和气体所占空间相比较可以忽略不计、分子间的相互

作用力也忽略不计。在室温和通常压力范围内的气体基本符合这

些假设,所

以空气可以看作为一种完全气体。对于完全气体,有

pRT?4.粘性μ当流体内两相邻流层的流速不同时,两个流层接

触面上

便产生相互粘滞和相互牵扯的力,这种特性就叫粘性。实验表明:

流体的粘性力F

与相邻流层的速度差Δ

vv1-v2、接触面的面积ΔS

成正比,和相邻流层的距离

Δy成反比。

vFSy

Fv

Sy或F??流体的粘性力μ??流体的动力粘性系数Δv/Δy??

横向速度梯度。ΔS??接触面的面积τ??单位接触面积上的粘性

力vFSy

Fv

Sy或

1vy流体动力粘性系数μ在数值上等于横向速度梯度为1时,

作用在单位面积上的粘性力。所以μ可以作为量度流

体粘性大小的尺度,单位是Pa?S。常温下空气μ1.81×

10-5Pa?S水μ1.002×10-3Pa?S甘油μ1.4939Pa?S粘

性系数:液体气体随着温度的升高气体μ↑流层间内摩擦力增大

液体μ↓分子间内聚力减小用管道来运输液体(如石油)时,对液

体加温(特别是

寒冷地区的冬季),有减小流动损失、节能省耗的效果5.可压缩

性E是指一定量的空气在压力变化时,其体积发生变化的特

性。可压缩性用体积弹性模量E来衡量,其定义为产

生单位相对体积变化所需的压力增量。E值越大,流体

越难被压缩。在通常压力下,空气的E值相当小,约为水的

1/20000。

因此,空气具有压缩性,而水则视为不可压缩流体。一般情况下飞

机低速飞行(Ma0.3)时,视为不可压

缩流体;高速飞行(Ma≥0.3)