北京航空航天大学飞行器空气动力学经典课件-空气动力学基础

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1、飞机原理与构造第二章空气动力学基础航空机电教研室陈金瓶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内容简介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。2.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

2、。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：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

3、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Δv=v1-v2、接触面的面积ΔS成正比，和相邻流层的距离Δy成反比。F——流体的粘性力μ——流体的动力粘性系数Δv/Δy——横

4、向速度梯度。ΔS——接触面的面积τ——单位接触面积上的粘性力流体动力粘性系数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μ=1.002×10-3Pa·S甘油μ=1.4939Pa·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

5、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（Ma＜0.3）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→

6、∞。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!!!。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。Ma＜0.8亚音速；0.8＜Ma＜1.3跨音速1.3＜Ma＜5.0超音速Ma＞5.0高超音速雷诺数的定义是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。大气

7、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内容简介大气层的构造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：11～50km。◆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

8、见度好、空气阻力小，对飞行有利，现代喷气式客机多在11～12km的平流层底层飞行。一、对流层◆