第11章飞艇空气动力学ppt课件.ppt

《第11章飞艇空气动力学ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第11章飞艇空气动力学(2)3飞艇常规空气动力学问题3.1阻力与低阻力外形阻力与低阻力外形飞艇在空气中飞行受到的阻力来自于两方面，即压差阻力和摩擦阻力。阻力与低阻力外形对于压差阻力为主的流动，通常使用参考面积定义阻力系数。阻力与低阻力外形对于摩擦阻力为主的流动，通常使用表面积定义摩擦阻力系数（如平板阻力系数）。阻力与低阻力外形对于飞艇来说，压差阻力和摩擦阻力所占比重相当，不适合以某种实际面积定义阻力系数。阻力与低阻力外形对于飞艇来说，通常使用体积的2/3次方定义飞艇的阻力系数。如：式中，V是飞艇与空气的相对

2、速度；Vas是艇身的体积。阻力与低阻力外形飞艇的整体外形是细长体，这就是一种低阻力设计，因为细长体外形的压差阻力较小，而且长细比越大，压差阻力越小。阻力与低阻力外形另一方面，长细比越大，同样体积外形的表面积越大，带来的摩擦阻力也就越大。阻力与低阻力外形总阻力随长细比的变化趋势：1）当长细比较小时，压差阻力的影响是主要的；阻力与低阻力外形总阻力随长细比的变化趋势：2）随着长细比的增大，摩擦阻力增大，但压差阻力的减小导致总阻力减小。阻力与低阻力外形总阻力随长细比的变化趋势：3）当长细比增大到一定程度后，艇身的表

3、面积变得足够之大，以至于摩擦阻力的增加与压差阻力的减少相当，当两者恰好相等时，总阻力即为最小。阻力与低阻力外形总阻力随长细比的变化趋势：4）此后，随着长细比继续增大，摩擦阻力的增加超过了压差阻力的减小，总阻力增大。阻力与低阻力外形因此，需要折衷取某种适当的长细比，使得总阻力最小。阻力与低阻力外形一般对于小型软式飞艇，最佳长细比在4:1左右，而对于大型硬式飞艇，最佳长细比在6:1或7:1左右。阻力与低阻力外形根据实验数据整理得到利用飞艇长细比f和雷诺数Re近似估算阻力系数的公式为：阻力与低阻力外形根据飞艇设计

4、经验得到的仅由长细比f近似估算阻力系数的公式为：阻力与低阻力外形右图中实线是按设计经验公式计算所得，虚线是按实验整理公式计算所得（对应三个不同Re），圆点是求出阻力后，按飞艇阻力系数定义公式计算所得。阻力与低阻力外形由右图可见：1）随着长细比的增大，阻力系数先是迅速减小，随后又缓慢增加，大约在4～6之间最低。阻力与低阻力外形由右图可见：2）设计经验公式适用于长细比大于4的情况。经典飞艇的长细比一般在4～6之间，阻力系数一般在0.02~0.03之间。阻力与低阻力外形由右图可见：3）由于高空飞艇的雷诺数通常在1

5、07左右，所以阻力系数一般小于0.02。阻力与低阻力外形阻力与低阻力外形由上表可见，来自于艇身的阻力占到了总阻力的一半左右。为了降低飞艇的阻力，常常将艇身设计成低阻力外形。阻力与低阻力外形上图为英国国家物理实验室(NPL)研究的低阻力艇身轮廓线，由两段椭圆组成。阻力与低阻力外形利用遗传算法进行飞艇外形的优化迭代(a)迭代步0飞艇外形优化的迭代过程示意图阻力与低阻力外形利用遗传算法进行飞艇外形的优化迭代(b)迭代步40飞艇外形优化的迭代过程示意图阻力与低阻力外形利用遗传算法进行飞艇外形的优化迭代(c)迭代步5

6、00飞艇外形优化的迭代过程示意图阻力与低阻力外形利用遗传算法进行飞艇外形的优化迭代(d)迭代步5000飞艇外形优化的迭代过程示意图阻力与低阻力外形经过外形的优化设计，可以使飞艇的阻力系数相对椭球外形的减小16%阻力与低阻力外形飞艇外形优化的影响因素示意图3.2不同外形的阻力比较球形阻力系数圆球绕流实验给出的不同Re数下的阻力系数球形阻力系数圆球绕流阻力系数随Re数变化的函数曲线球形阻力系数圆球绕流实验给出的不同Re数下的阻力系数在临界雷诺数(2.7e5)附近，由于边界层转捩，阻力系数突然降低到一个最小值，之

7、后随着雷诺数继续增大，阻力系数逐渐回升。球形阻力系数圆球绕流实验给出的不同Re数下的阻力系数雷诺数增大到1.5e6以上，阻力系数维持在0.2左右基本不变。球形阻力系数圆球绕流实验给出的不同Re数下的阻力系数飞艇的雷诺数为1.0e6量级，取阻力系数为0.2，估算球形阻力不同外形阻力比较不同外形阻力比较可见，不论体积固定还是表面积固定，都是球形阻力最大，椭球形的阻力最小，碟形居中。碟形阻力随厚径比的减小而减小。3.3升力、力与力矩升力、力与力矩飞艇的升力（或称动升力）是指气流作用在飞艇表面（包括艇身和尾翼）的力

8、在垂直于来流方向上的分量。升力、力与力矩飞艇的升力主要有两种来源，一个是艇身带攻角飞行时产生的升力（由飞艇上下表面压力差引起），另一个是飞艇尾翼产生的升力。升力、力与力矩飞艇的升力与飞艇受到的浮力相比小得多，但有着不可替代的作用，比如平衡称量重量，飞艇姿态控制等。升力、力与力矩飞艇升力系数的计算公式为：V为飞艇相对风的速度，Vas为飞艇的体积。升力、力与力矩飞艇受到的力主要包括：重力，浮力，气动升力，阻力，推力。