飞行原理 02.1_空气流动的描述_V1.2

航空

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航空

飞行原理/CAFUC
第二章
飞机的低速空气动力
第二章第2 页
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
飞行原理/CAFUC
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2.1 空气流动的描述
第二章第4 页
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。
第二章第5 页
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，Ma<0.4。
③ 绝热流体，不考虑流体温度的变化，Ma<0.4。
第二章第6 页
2.1.2 相对气流
运动方向
相对气流方向
自然风方向
第二章第7 页
●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。
第二章第8 页
●对相对气流的现实应用
直流式风洞
回流式风洞
第二章第9 页
●风洞实验段及实验模型
第二章第10页
●风洞的其它功用
第二章第11页
2.1.3 迎角
迎角就是相对气流方向与翼弦之间的夹角。
第二章第12页
●相对气流方向就是飞机速度的反方向
第二章第13页
●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。
第二章第14页
●水平飞行、上升、下降时的迎角
上升平飞下降
第二章第15页
●迎角探测装置
第二章第16页
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。
第二章第17页
流管：由许多流线所围成的管状曲面。
第二章第18页
●流线和流线谱
流线谱是所有流线的集合。
第二章第19页
●流线和流线谱的实例
第二章第20页
●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。
第二章第21页
●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。
第二章第22页
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。
第二章第23页
●连续性定理
1 2
A1,v1 A2,v2
1 1 单位时间内流过截面1的流体体积为v  A
1 1 1 单位时间内流过截面1的流体质量为  v  A
2 2 2 同理，单位时间内流过截面2的流体质量为 v  A
则根据质量守恒定律可得：
1 1 1 2 2 2  v  A   v  A 1 1 2 2 v  A  v  A  C即常数
结论：空气流过一流管时，流速大小与截面积成反比。
第二章第24页
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
第二章第25页
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。
第二章第26页
●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：
1 2
2 0 v  P  P
上式中第一项称为动压，第二项称为静压，第三项称为总压。
第二章第27页
●伯努利定理
1 2
2 0 v  P  P
—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。
1 2
2 v
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。
0 P —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。
第二章第28页
●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。
第二章第29页
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
第二章第30页
●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。
第二章第31页
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
2
A1, v1 ,P1 A2, v2 ,P2
1
文邱利管测流量
   2 2 
2 1 2 2 1 v  2 P  P /  1 A / A 
2
1 2
1
2 2
1 1 2 2
1 1
2 2
v v A
A
v P v P
  

    
第二章第32页
② 空速管测飞行速度的原理
1 2
2 0  v  P  P 0 v 2(P P)



第二章第33页
③ 与动压、静压相关的仪表
空速表高度表
升降速度表
第二章第34页
●空速表
第二章第35页
●升降速度表
第二章第36页
●高度表