飞机原理与构造第二讲低速空气动力学基础(1).pdf

飞机原理与构造第二讲低速空气动力学基础(1).pdf

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1、飞机原理与构造第二讲第二章低速空气动力学基础2012/9/21第二章低速空气动力学基础一、空气的基本性质二、低速气流的特性三、机翼的外形参数四、翼型的升力和阻力五、机翼的三元效应六、改善翼型形状对升力系数的影响2012/9/22空气的基本性质定义:飞行器飞行时所处的环境条件,称为飞行环境如:大气、压强、密度、温度、湿度、风、雨、雪、云、雾、„飞行环境对飞行器的飞行轨迹、结构、元件、材料、飞行性能以及作战效率等都有十分明显的影响。2012/9/23空气的基本性质地球椭球体半长轴(赤道半径)6378.1km阿波罗飞船看到的地球半短轴(极半

2、径)6356.8km质量5.977×1021t运动自转、公转地球升起在月球的地平线上2012/9/24空气的基本性质大气垂直方向上特性变化显著(密度、温度、压强、„)10km高度ρ≈1/3ρ0p≈1/4p0100km高度ρ≈4×10-7ρ0p≈3×10-7p02012/9/25空气的基本性质大气结构根据大气中温度随高度的变化,可将大气层分为五层:根据大气中温度随高度的变化,可将大气层分为五层:㈠对流层大㈢中间层气的㈡平流层分层㈣热层㈤散逸层大气层分布2012/9/26空气的基本性质大气结构㈠对流层大气中最低的一层,受地面的影响最大。

3、地面附近的空气受热上升,位于上面的冷空气下沉,进而发生对流运动,对流层赤道区16~18km,中纬度区9~12km,南北极7~8km;¾的大气质量,几乎全部的水汽,有天气变化2012/9/27空气的基本性质大气结构对流层的特点:一、对流层包含了大气层质量四分之三的大气,气体密度最大,大气压力也最高;二、气温随高度升高而逐渐降低;三、空气上下对流剧烈,风向风速经常变化;四、有云、雨、雾、雪等天气现象。2012/9/28空气的基本性质大气结构㈡平流层在对流层的顶部,直到高于海平面约50km的这一层,气流运动相当平稳,能见度佳,平流层下端称同

4、温层。而且主要以水平运动为主,故称为平流层。2012/9/29空气的基本性质大气结构平流层的特点:一、平流层集中了全部大气质量的四分之一不到的空气;二、气温随高度的增加起初基本保持不变(约为216K),到20~32km以上,气温升高较快,到了平流层顶,气温升至270~290K。三、平流层大气主要是水平方向的流动,没有上下对流。2012/9/210空气的基本性质大气结构㈢中间层平流层之上,到高于海平面50~85km的一层为中间层。含有大量的臭氧,气温随高度的增加而下降得很快,到顶部气温降至160~190K。下层气温比上层高,有利于空气的

5、垂直对流运动,又称为高空对流层或上对流层。中间层顶部尚有水汽存在,可出现很薄且发光的“夜光云”,在夏季的夜晚,高纬度地区偶尔能见到这种银白色的夜光云。2012/9/211空气的基本性质大气结构中间层的特点:一、所含大气质量只占大气总质量的1/3000左右;二、气温随高度升高而下降;三、含有大量的臭氧。2012/9/212空气的基本性质大气结构㈣热层从中间层顶部到高出海平面800km之间的一层称为热层,又叫电离层。这一层空气密度很小,在700km厚的气层中,只含有大气总质量的0.5%。在120km的高空,声波已难以传播;270km高空,

6、大气密度只有地面的一百亿分之一,热层中气温很高,且随高度增高而上升。在300km高度上,气温高达1000℃以上。热层空气由于直接受到太阳短波辐射,处于高度电离状态,所以这一层又叫做电离层。2012/9/213空气的基本性质大气结构㈤散逸层热层顶界以上为散逸层,又叫外层。在此层内,空气极其稀薄,又远离地面,受地球引力很小,因而大气分子不断地向星际空间逃逸。这层内的大气质量只有整个大气质量的10-11,大气外层的顶界约为2000~3000km的高度。根据宇宙火箭探测资料表明,地球大气圈之外,还有一层极其稀薄的电离气体,其高度可延伸到220

7、00km的高空,称之为地冕。地冕也就是地球大气向宇宙空间的过渡区域,人们形象地把它比作是地球的“帽子”。2012/9/214空气的基本性质大气的物理性质1、大气的状态参数和状态方程大气的状态参数是指压强P、温度T和密度ρ这三个参数。它们之间的关系可以用气体状态方程表示,即如右:符号单位密度ρkg/m3温度TK压强pPa声速c(a)m/s粘度μPa·s流动流体的物理量和参数2012/9/215空气的基本性质大气的物理性质2、连续性在研究飞行器和大气之间的相对运动时,气体分子之间的距离完全可以忽略不计,即把气体看成是连续的介质。这就是在空

8、气动力学研究中常说的连续性假设。3、粘性大气的粘性力是相邻大气层之间相互运动时产生的牵扯作用力,即大气相邻流动层间出现滑动时产生的摩擦力,也叫做大气的内摩擦力。在常温下,水的内摩擦系数为1.002×10-3Pa·s,而空

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