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飞行器空气动力学经典课件——空气动力学基础 932 5 273.15 F C K C T T T T 3.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 p RT? 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。 vF Sy F v S y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vF Sy F v S y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 μ 1.81×10-5Pa ? S水 μ1.002 ×10-3Pa ? S甘油 μ 1.4939 Pa ? 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)时,则必须考虑空气的 可压缩性。6.音速c是指声波在介质中传播的速度,单位为m/S。实验表明,在水中声速约为1440m/S,而在海平面标准 状态下,在空气中的声速只有341m/S。而我们又知道水 难被压缩,空气易被压缩,由此可以推论:流体的可压缩性 小,声速 大。显然,在不可压缩流体、固体中,声速 →∞。大气中,声速的计算公式为式中,T是空气的热力学温度,单位为K!!!。 20c T 7.马赫数和雷诺数马赫数的定义是式中,v是飞行速度,c是当地声速(即飞行高度上大气 中的声速)。Ma是个无量纲量,它的大小可以作为空 气受到压缩程度的指标。Ma0.8 亚音速; 0.8 Ma 1.3 跨音速 1.3 Ma 5.0 超音速Ma5.0 高超音速 /Ma v c 雷诺数的定义是ρ 、μ??飞行高度上大气的密度和动力粘性系数l??是飞机的特征尺寸v??是飞行速度Re表征了流体运动中惯性力与粘性作用的关系。可以发 现,Re越小,说明空气粘性的作用越大,对流场的影响 是主要的;反之Re越大,惯性力的作用越大。 Re vl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 大气层的构造1.大气层的构造一、对流层二、平流层三、中间层四、电离层五、散逸层 五、散逸层:是大气的最外层,从电离层顶部到大 气层的最外边缘。由于地 心引力很小,大气分子不 断向星际空间散逸。 二、平流层(同温层) ◆高度范围:11 ~ 50 km 。 ◆11 ~ 20km ,温度不随高度而变 化,常年平均值为-56.5℃ ◆20 ~50km温度随高度的增加上升 ◆空气稀薄,水蒸气极少 ◆没有云、雨、雪、雹等现象 ◆没有垂直方向的风,只有水平方向 的风,而且风向稳定 ◆大气能见度好、空气阻力小,对飞 行有利,现代喷气式客机多在11 ~ 12 km 的平流层底层飞行。 一、对流层 ◆大气中最低的一层,在地球中纬 度地区,高度范围0 ~ 11 km 。 ◆包含全部大气3/4的质量 ◆天气变化最复杂的一层,有云、 雨、雪、雹等现象。 ◆空气的水平流动和垂直流动,形 成水平方向和垂直方向的阵风 ◆其压强、密度、温度和音速均随 高度的增加而降低。 三、中间层 ◆高