高速空气动力学基础.pdf

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1、第十章高速空气动力学基础本章主要内容10.1高速气流特性10.2翼型的亚跨音速气动特性10.3后掠翼的高速升阻力特性第十章第2页10.1高速气流特性10.1.1空气的压缩性空气的压缩性是空气的压力、温度等条件改变而引起密度变化的属性。低速飞行(马赫数M<0.4)空气密度基本不随速度而变化高速飞行(马赫数M>0.4)空气密度随速度增加而减小第十章第4页①空气压缩性与音速的关系●音速的定义扰动在空气中的传播速度就是音速。第十章第5页●空气压缩性与音速a的关系dpada39t273海里/小时a

2、20.1t273公里/小时音速与传输介质的可压缩性相关，在空气中，音速大小唯一取决于空气的温度，温度越低，空气越易压缩，音速越小。第十章第6页●亚音速、等音速和超音速的扰动传播第十章第7页②空气压缩性与马赫数M的关系TASMa马赫数M是真速与音速之比。分为飞行马赫数和局部马赫数，前者是飞行真速与飞行高度音速之比，后者是局部真速与局部音速之比（如翼型上表面某点的局部马赫数）。M数越大，空气被压缩得越厉害。低速飞行(马赫数M<0.4)可忽略压缩性的影响高速飞行(马赫数M>0.4)必须考虑空气压

3、缩性的影响第十章第8页③气流速度与流管截面积的关系由连续性定理，在同一流管内VAconst速度增加，空气密度减小。在亚音速时，密度的减小量小于速度的增加量，故加速时要求截面积减小。流量一定，流速快则截面积减小；流速慢则截面积增大。在亚音速气流中,流管截面积随流速的变化第十章第9页③气流速度与流管截面积的关系由连续性定理，在同一流管内VAconst速度增加，空气密度减小。在超音速时，密度的减小量大于速度的增加量，故加速时要求截面积增大。因此，M>1时，流管扩张，流速增加，流管收缩，流速减小。在

4、超音速气流中,流管截面积随流速的变化第十章第10页●速度、密度和截面积在不同M数下的变化值气流M数0.20.40.60.81.01.21.41.6流速增加的百分比1%1%1%1%1%1%1%1%V/V密度变化的百分比-0.04%-0.16%-0.36%-0.64%-1%-1.44%-1.96%-2.56%/截面积变化的百分比-0.96%-0.84%-0.64%-0.36%00.44%0.96%1.65%A/A第十章第11页●超音速气流的获得要想获得超音速气流，截面积应该先减后增

5、。第十章第12页本章主要内容10.1高速气流特性10.2翼型的亚跨音速气动特性10.3后掠翼的高速升阻力特性第十章第13页10.2翼型的亚跨音速气动特性10.2.1翼型的亚音速空气动力特性●亚音速的定义飞行M数大于0.4,流场内各点的M数都小于1。①翼型的亚音速空气动力特性考虑空气密度随速度的变化，则翼型压力系数基本按同一系数放大，体现出“吸处更吸，压处更压”的特点。因此，升力系数增大，逆压梯度增大，压力中心前移,临界迎角减小，阻力系数基本不变。第十章第15页②翼型的亚音速升力特性I.飞行M数增大,

6、升力系数和升力系数斜率增大II.飞行M数增大，最大升力系数和临界迎角减小第十章第16页③翼型的亚音速阻力特性翼型的阻力系数基本不随飞行Ｍ数变化。④翼型的压力中心位置的变化翼型的压力中心位置基本保持不变。第十章第17页10.2.2翼型的跨音速空气动力特性跨音速是指飞行速度没达到音速，但机翼表面局部已经出现超音速气流并伴随有激波的产生。①临界马赫数MCRIT机翼上表面流速大于飞行速度，因此当飞行M数小于1时，机翼上表面最低压力点的速度就已达到了该点的局部音速(此点称为等音速点)。此时的飞行M数称为临界马

7、赫数M。CRITM是机翼空气动力即将发生显著变化的标志。CRIT第十章第18页●临界马赫数MCRIT第十章第19页②局部激波的形成和发展I.局部激波的形成飞行马赫数大于临界马赫数后，机翼上表面开始出现超音速区。在超音速区内流管扩张，气流加速，压强进一步降低，与后端的压强为大气压力的气流相作用，形成一道压力、密度、温度突增的界面，即激波。第十章第20页II.局部激波的发展第十章第21页II.局部激波的发展第十章第22页●局部激波的形成与发展1.大于M后，上表面先产生激波。CRIT2.随M数增加，上表面

8、超音速区扩展，激波后移。3.M数继续增加，下表面产生激波，并较上表面先移至后缘。4.M数接近1,上下表面激波相继移至后缘。5.M数大于1,出现头部激波。第十章第23页●激波实例第十章第24页●激波实例第十章第25页●激波实例第十章第26页●激波实例第十章第27页③翼型的跨音速升力特性I.升力系数随飞行Ｍ数的变化临界M数，机翼上表面下表面达达到音速到音速1.考虑空气压缩性，上表面密度上表面激波下降更多，产生附加吸力,升力系移至后缘数C增加，且由于出现超音速区，L压力更小