空气动力学期末考题

第一部分：翼型物理题1.1：图为绕翼型无粘流动示意图，哪种情况满足库塔条件BA、左图B、右图题1.2：有尾缘的尖尾缘无粘库塔条件的数学等价AA、在尖尾缘流速为0，压力有限B、在尖尾缘流速不为0，压力无限题1.3：考虑如图所示的绕翼型理想无旋流动和粘性流动，假设无穷远来流速度是水平的，翼型带攻角。请在翼型近似位置标出升力方向和阻力方向。提示：用箭头，没有力的不标注题1.4对于绕翼型的定常理想无旋流动，设密度为，来流速度为V，绕翼型的环量为（逆时针为正），那么翼型受的升力为V，阻力为0题1.5用保角变换得到了圆柱绕流分别为0，10，20时的流线，请在每个图下面标注其对应的攻角：题1.6：图为某翼型表面压力系数分布，请将下面各描述对应的A、B、C、D、E、F标注在图上A、驻点，B、尾缘点（两处），C、最低压力点，D、当速度等于来流速度的点，E、下表面压力分布曲线，F、上表面压力分布曲线题1.7：对于平板，最大理想升力系数为：2题1.8：图为某翼型升力系数随攻角的变化曲线，将如下描述对应的A、B、C、D、E标注在图中的相应位置。A、零升攻角B、失速攻角C、最大升力系数D、小攻角附着流动流线E、大攻角分离流动流线F、小攻角理想流动升力系数G、实际流动升力系数题1.9：以下哪些说法是正确的A、设翼型有圆前缘、尖尾缘。那么对于小攻角高雷诺数定常流动，只在尖尾缘满足库塔条件正确B、对于尖尾缘尖前缘平板流动，如果攻角足够大，那么在前缘也满足库塔条件错误第二部分：近似理论题2.1：考虑薄翼型与薄翼理论，设升力系数为llcc，定义升力系数斜率ddccl，那么，升力系数斜率为2题2.2：（参考习题1.4{1}）考虑NACA4412翼型的中弧线坐标为采用薄翼理论计算，已经得到零升攻角15.40L，升力系数遵循薄翼理论，升力系数表达式为02Llc；焦点离开前缘的距离等于41Ac。如果攻角为3，那么升力系数近似为0.784（可在背面计算）题2.3：对于薄翼型与小攻角，判断以下说法是否正确A、升力系数是攻角的增函数（正确）B、翼型厚度对升力系数的影响可以忽略（正确）C、翼型弯度对升力系数的影响不可忽略（正确）D、翼型相对厚度对翼型气动特性毫无影响（错误）题2.4：（参考例题1.4{2}）考虑零攻角下弦长为1的平板翼型，其后缘有一弦长为E的襟翼，令襟翼向下偏一小角度，记cos1EcA为襟翼修正后的等价弦长.凭直觉判断，下面说法正确的是（A）A、平板加襟翼总的升力系数是，这里B、平板加襟翼总的升力系数比单个平板的升力系数小C、平板加襟翼总的升力系数和单个平板的升力系数一样大题2.5：考虑大展弦比三维机翼在流向涡的影响下，展向位置为2的翼型等效攻角按翼型升力的薄翼理论，为02()()beffLzcVczaaa=G=-+。另外,依据毕奥萨法尔定律,下洗角表达式为22()4slldddzVz这里,单位展向长度的附着涡的涡强为zb,流向涡的涡强为zs，令两个涡强相等,依据上面两个关系式以及图中几何关系,写出涡强满足的升力线理论基本方程:2021()2()4()lLlddzVdzcVczazzaapzz=-GG-=--题2.6：捕蝇鸟采用的是椭圆型机翼，对于这种机翼，流向涡诱导的下流速度与其它机翼相比要小，故果蝇不容易受到惊动题2.7：三维机翼流向涡尤其翼尖附近的流向涡（翼尖涡）导致下洗，降低（降低、增加）升力系数，引起诱导（压差）阻力题2.8：以椭圆薄翼为例，其升力系数与诱导阻力系数分别为，据此，下面哪种说法是正确的（B）A、展弦比越小，升力系数越小，诱导阻力系数越小B、展弦比越大，升力系数越大，诱导阻力系数越小第三部分：附面层题3.1：在图中横线位置，按照物理意义填写A、B、C、D、E、F、G、H、I。A、驻点B、分离点C、转捩点D、层流E、湍流F、边界G、无粘流区H、分离区I、尾迹区题3.2：附面层概念判断题：①在物体足够薄平，攻角足够小以及雷诺数足够大的前提下，粘性作用强烈的区域，集中在贴近物体较薄的一层内，即附面层内（正确）②在附面层内，速度沿物体甚至压力的法向的梯度远远大于其流向梯度，附面层厚度与物体尺寸（弦长）相比小量级，因此可以用附面层近似，即忽略掉速度流向梯度的作用，甚至忽略掉压力的法向梯度（正确）③在附面层内，依据雷诺数的大小，可能出现层流，转捩与湍流，甚至分离（正确）题3.3：形状因子定义为位移厚度和动量厚度之比，即对于层流，形状因子一般近似等于A，对于湍流，一般近似等于B。A、2.6B、1.4题3.4：阅读再填空，附面层可以用卡门动量积分关系式221222eweedudHdxudxu描述。在保尔豪森求解方法中，将速度型用多项式表示，就可以求解卡门动量积分关系式获得附面层参数。如此，层流和湍流似乎不存在区别。事实上，湍流速度型和层流速度型存在本质区别。虽然看上去都是连续函数，但湍流速度型不能用多项式逼近。道理在于，湍流有速度脉动，可以近似看成统计过程如图所示的层流附面层和湍流附面层速度型，其中，层流速度型可以表示为法向坐标的A，湍流附面层可以表示为法向坐标的B。A、多项式函数B、对数函数题3.5:在图中横线上填上ABC，其中A纯湍流阻力系数1/5010.072ReAAcffAcCcdxcB纯层流阻力系数011.38ReAAcffAcCcdxcC混合附面层阻力系数题3.6：对于可压缩附面层，由于气动加热，在附面层内空气密度比冷流场的小（大、小），粘性系数比冷流场的大（大、小），因此，对附面层参数有决定意义的等效雷诺数比基于冷流场的雷诺数小（大、小），从而同等雷诺数时，可压缩附面层厚度比不可压缩附面层的要厚（厚、薄），摩擦系数比不可压缩的要小（大、小）题3.7：图中相应横线处选择填上A、B、C，其中A、绝热壁B、热等温壁C、冷等温壁第四部分可压缩翼型物理题4.1：对于可压缩理想无粘流动，沿流线成立的关系式为（B）A、221122pVpVB、221122hVhV题4.2以下是两种小扰动势函数模型A、2222220,01,0wzxyMaxydyVydxxyB、2222220,01,wzxyMaxydyVydxxy其中，超音速流动模型是___B___，亚音速流动模型是___A____.。题4.3：对于弦长为Ac的小扰动翼型，低亚音速情况下，焦点离开前缘的距离为；Aaccx__41__；在超音速情况下，焦点离开前缘的距离为Aaccx__21__。题4.4：超音速流动对应图（B），亚音速流动对应图（A）。（左边对应亚音速，右边对应超音速）题4.5：对于二维平板理想流动，设来流马赫数为Ma，攻角为，写出小攻角下的升力系数和阻力系数表达式。超音速：升力系数lc142Ma，阻力系数dc222221214MaMa低亚音速：升力系数lc2，阻力系数dc0题4.6：在图中，画出表示力的箭头。升力，超音速薄翼升力系数只与攻角相关，与弯度厚度无关波阻系数，攻角、弯度和厚度对波阻均有影响。题4.7：选择填空（多选），超音速流动BDE，亚音速流动ACA、翼型上压力系数具有全局性质B、翼型上压力系数只与局部斜率有关C、扰动向各个方向传播D、小扰动影响沿马赫波方向传播E、除摩擦阻力外，还有波阻力题4.8：在横线处选择填上A（代表增加）、B（代表减小）、C（代表不变）（1）穿越膨胀波，马赫数（A），速度（A），压力（B），密度（B），温度（B），熵（C），总压（C）（2）穿越斜激波，马赫数（B），法向速度（B），切向速度（C），压力（A），密度（A），温度（A），熵（A），总压（B）（总压为何下降？熵增）题4.9：对于定常超音速流动，遇到物体内折，处在下流的小扰动引起的马赫波试图与上流的小扰动波相交或合并时，由于速度和温度梯度越来越大，阻止无限靠近，因此会形成具有很小厚度的高梯度区域——斜激波第五部分特殊问题题5.1：在图中相应横线处正确填上A、B、C、D、E，其中A、普朗特-葛劳沃特公式：（适用于低亚音速，）B、卡门-钱学森公式：（高亚音速,）C、牛顿公式:2sin2MaCpD、跨音速理论E、142MaMaCp题5.2：在图中短横线处填上A、B，其中，A、等熵曲线CpB、卡门-钱学森近似111ddppp题5.3：当翼型上首次出现孤立音速点时，来流马赫数为临界马赫数，在图中，将右边公式与图中至少一条曲线相连。由图可以看出，翼型越厚，翼型上越容易出现跨音速区。（普适关系），对应竖直线（卡门钱学森公式，厚度增加，曲线上移），对应水平线。曲线1是普适关系，曲线2是卡门钱学森公式。增大翼型厚度，卡门钱学森曲线上移，两曲线的交点决定的临界马赫数变小。题5.4：如图所示，跨音速翼型的阻力骤增来源于两个方面，第一是膨胀波引起的波阻力，第二是附面层分离引起的压差阻力（激波前超音速区的过渡膨胀形成的负压，作用在背风面形成的水平投影导致了波阻。即阻力骤然增加，来源于膨胀波，而不是激波。因此，跨音速流动波阻力来源于激波前的背风面压力降低，而不是来源于激波增压。当然，激波如果诱导附面层分离，那么会增加点压差阻力。常规翼型的上表面凸起，下表面较为平坦，这使得在跨音速条件下，超音速区很强，带来阻力骤然增加。）题5.5：图为升力或阻力系数随马赫数的变化，用连线把物体和曲线对应起来下图翼型与曲线上下对应题5.6：图为阻力系数随马赫数的变化，用连线把物体和曲线对应起来（翼型越厚，临界马赫数越低）第六部分描述题题6.1：在下面的空白区域，简述翼型和机翼升阻力机制（要求出现最主要的关键词，可适当补充示意图）参考1.3.3附录D：升力机制的描述1.对于带尖尾缘的翼型（包括平板）并且带攻角时，尖尾缘附近的低压效应和高梯度导致的粘性效应，导致库塔条件满足。这会导致前缘附近的下驻点仍然停留在下表面，尾缘附近的上驻点移到尖尾缘。由于下表面驻点附近压力大，而上表面没有驻点，因此必然形成升力。数学上，库塔条件的满足导致绕翼型出现了顺时针环量，从而上表面流速高于下表面，按伯努力定理，下表面压力高于上表面压力，产生升力。2.亚音速情况下，由于可压缩性的影响，有普朗特-葛劳沃特修正3.超音速机制：内折压缩，外折膨胀4.三维效应修正：翼尖涡，诱导速度改变来流等效攻角1.不可压缩的翼型（儒科夫斯基定理）鸟类2.两股流体在尖尾缘相汇库塔条件3.由库塔条件产生了环量4.由伯努利定理产生了升力5.亚音速下对于升力的修正（普朗特——古拉沃特修正）6.超音速下的压缩（内折）和膨胀（外折）7.机翼翼尖涡对于速度场的改变下面的描述与其说是一种解释，不如说是一种升力产生机制的描述。a)：如果物体没有尖尾缘，比如说圆柱和椭圆，那么无论来流方向如何，流场均存在一定的对称性，导致净升力为零。比如说椭圆绕流，没有尖尾缘，虽然前半部分因类似原因产生向上的力，但后半部分因同样原因对称地产生向下的力，导致总的力为0。b):对于带尖尾缘的翼型（包括平板）并且带攻角时，尖尾缘附近的低压效应和高梯度导致的粘性效应，导致库塔条件满足。这会导致前缘附近的下驻点仍然停留在下表面，尾缘附近的上驻点移到尖尾缘。由于下表面驻点附近压力大，而上表面没有驻点，因此必然形成升力。数学上，库塔条件的满足导致绕翼型出现了顺时针环量，从而上表面流速高于下表面，按伯努力定理，下表面压力高于上表面压力，产生升力。c):事实上，从翼型压力分布看（翼型表面压力系数分布曲线分为上下表面两支，驻点处的压力系数为1.习惯上将压力系数纵坐标正负号反过来，这样可以看出，压力系数主要为负的曲线，在上面，正