飞行原理――空气流动的描述

2016第二章飞机的低速空气动力本章主要内容2.1空气流动的描述2.2升力2.3阻力2.4飞机的低速空气动力特性2.5增升装置的增升原理2016●2.1空气流动的描述空气动力是空气相对于飞机运动时产生的，要学习和研究飞机的升力和阻力，首先要研究空气流动的基本规律。2.1.1流体模型化①理想流体，不考虑流体粘性的影响。②不可压流体，不考虑流体密度的变化。③绝热流体，不考虑流体温度的变化。2.1.2相对气流运动方向相对气流方向自然风方向●飞机的相对气流方向与飞行速度方向相反只要相对气流速度相同，飞机产生的空气动力就相同。●对相对气流的现实应用直流式风洞回流式风洞●风洞实验段及实验模型●风洞的其它功用•汽车工业中2.1.3迎角迎角就是相对气流方向与翼弦之间的夹角。●相对气流方向就是飞机速度的反方向●相对气流方向是判断迎角大小的依据平飞中，可以通过机头高低判断迎角大小。而其他飞行状态中，则不可以采用这种判断方式。●水平飞行、上升、下降时的迎角上升平飞下降●迎角探测装置2.1.4流线和流线谱空气流动的情形一般用流线、流管和流线谱来描述。流线：流场中一条空间曲线，在该曲线上流体微团的速度与曲线在该点的切线重合。对于定常流，流线是流体微团流动的路线。流管：由许多流线所围成的管状曲面。●流线和流线谱流线谱是所有流线的集合。•流线和流线谱(a)流线1—流速2—流线3—翼剖面(b)流线谱●流线和流线谱的实例●流线的特点该曲线上每一点的流体微团速度与曲线在该点的切线重合。流线每点上的流体微团只有一个运动方向。流线不可能相交，不可能分叉。●流线谱的特点流线谱的形状与流动速度无关。物体形状不同，空气流过物体的流线谱不同。物体与相对气流的相对位置（迎角）不同，空气流过物体的流线谱不同。气流受阻，流管扩张变粗，气流流过物体外凸处或受挤压，流管收缩变细。气流流过物体时，在物体的后部都要形成涡流区。2.1.5连续性定理流体流过流管时，在同一时间流过流管任意截面的流体质量相等。质量守恒定律是连续性定理的基础。●连续性定理12A1,v1A2,v211vA单位时间内流过截面1的流体体积为111vA单位时间内流过截面1的流体质量为222vA同理，单位时间内流过截面2的流体质量为则根据质量守恒定律可得：111222vAvA1122vAvAC常数即结论：空气流过一流管时，流速大小与截面积成反比。山谷里的风通常比平原大河水在河道窄的地方流得快，河道宽的地方流得慢●日常的生活中的连续性定理高楼大厦之间的对流通常比空旷地带大2.1.6伯努利定理同一流管的任意截面上，流体的静压与动压之和保持不变。能量守恒定律是伯努力定理的基础。●伯努利定理空气能量主要有四种：动能、压力能、热能、重力势能。低速流动，热能可忽略不计；空气密度小，重力势能可忽略不计。因此，沿流管任意截面能量守恒，即为：动能+压力能=常值。公式表述为：2102vPP上式中第一项称为动压，第二项称为静压，第三项称为总压。●伯努利定理2102vPP—动压，单位体积空气所具有的动能。这是一种附加的压力，是空气在流动中受阻，流速降低时产生的压力。212vP—静压，单位体积空气所具有的压力能。在静止的空气中，静压等于当时当地的大气压。0P—总压（全压），它是动压和静压之和。总压可以理解为，气流速度减小到零之点的静压。●深入理解动压、静压和总压同一流线：总压保持不变。动压越大，静压越小。流速为零的静压即为总压。同一流管：截面积大，流速小，压力大。截面积小，流速大，压力小。●深入理解动压、静压和总压●伯努利定理适用条件气流是连续、稳定的，即流动是定常的。流动的空气与外界没有能量交换，即空气是绝热的。空气没有粘性，即空气为理想流体。空气密度是不变，即空气为不可压流。在同一条流线或同一条流管上。2.1.7连续性定理和伯努利定理的应用①用文邱利管测流量2A1,v1,P1A2,v2,P21文邱利管测流量22212212/1/vPPAA21212211221122AvvAvPvP②空速管测飞行速度的原理2102vPP02()PPv③与动压、静压相关的仪表空速表高度表升降速度表●空速表●升降速度表●高度表