空气动力学复习题

飞行原理空气动力学复习思考题第一章低速气流特性1．何谓连续介质？为什么要作这样的假设？连续介质——把空气看成是由空气微团组成的没有间隙的连续体。作用——把空气压强（P）、密度（ρ）、温度（T）和速度(V)等状态参数看作是空间坐标及时间的连续函数，便于用数学工具研究流体力学问题。2．何谓流场？举例说明定常流动与非定常流动有什么区别。流场——流体所占居的空间。定常流动——流体状态参数不随时间变化；非定常流动——流体状态参数随时间变化；3．何谓流管、流谱、流线谱？低速气流中，二维流谱有些什么特点？流线谱——由许多流线及涡流组成的反映流体流动全貌的图形。流线——某一瞬间，凡处于该曲线上的流体微团的速度方向都与该曲线相应点的切线相重合。流管——通过流场中任一闭合曲线上各点作流线，由这些流线所围成的管子。二维流谱——1.在低速气流中，流谱形状由两个因素决定：物体剖面形状，物体在气流中的位置关系。2.流线的间距小，流管细，气流受阻的地方流管变粗。3.涡流大小决定于剖面形状和物体在气流中的关系位置。4．写出不可压缩流体和可压缩流体一维定常流动的连续方程，这两个方程有什么不同？有什么联系？连续方程是质量守恒定律应用于运动流体所得到的数学关系式。在一维定常流动中，单位时间内通过同一流管任一截面的流体质量都相同。方程表达式：m=ρVA不可压流中，ρ≈常数，方程可变为：VA=C（常数）气流速度与流管切面积成反比例。可压流中，ρ≠常数，方程可变为：m=ρVA适用于理想流体和粘性流体5．说明气体伯努利方程的物理意义和使用条件。方程表达式:常量ghVP221高度变化不大时，可略去重力影响，上式变为：常量0221pVp即:图1-7一翼剖面流谱静压+动压=全压(P0相当于V=0时的静压)方程物理意义:空气在低速一维定常流动中，同一流管的各个截面上，静压与动压之和（全压）都相等。由此可知，在同一流管中，流速快的地方，压力（P）小；流速慢的地方，压力（P）大。方程应用条件1.气流是连续的、稳定的气流（一维定常流）；2.在流动中空气与外界没有能量交换；3.空气在流动中与接触物体没有摩擦或摩擦很小，可以忽略不计（理想流体）；4.空气密度随流速的变化可忽略不计（不可压流）。6．图1-7为一翼剖面的流谱，设A1=0.001米2，A2=0.0005米2，A3=0.0012米2，V1=100米/秒，P1=101325帕斯卡，ρ=225千克/米3。求V2、P2；V3、P3。P1+2121V=P2+2221V=P3+2321VV1A1=V2A2=V3A3V2=200米/秒P2=-3273675帕斯卡V3=8331米/秒P3=445075帕斯卡7.何谓空气的粘性？空气为什么具有粘性？空气粘性——空气内部发生相对运动时，相邻两个运动速度不同的空气层相互牵扯的特性。其原因是：空气分子的不规则运动所引起的动量交换。8．写出牛顿粘性力公式，分析各因素对粘性力是怎样影响的？牛顿粘性力公式为:SdYdVFS面积，dYdV在Y方向的速度梯度变化，粘性系数9．低速附面层是怎样产生的？分析其特性。空气流过物体时，由粘性作用，在紧贴物体表面的地方，就产生了流速沿物面法线方向逐渐增大的薄层空气。这薄层空气称为附面层。沿物面各点的法线上，速度达到主流速度的99%处，为附面层边界。附面层的性质1.空气沿物面流过的路程越远，附面层越厚；2.附面层内沿物面法线方向各点的压力不变,且等于主流的压力。层流附面层——分层流动，互不混淆，无上下乱动现象，厚度较小，速度梯度小；紊流附面层——各层强烈混合，上下乱动明显，厚度较大，速度梯度大。转捩点——层流附面层与紊流附面层之间的一个过渡区，可看成一个点。10．顺压梯度和逆压梯度是如何形成的？分别如何影响主流和附面层气流的？E点——最低压力点0XPE点之前——顺压梯度0XPE点之后——逆压梯度0XP由机翼表面摩擦力而使气流速度增量减小，从而产生速度顺压梯度变化。机翼表面摩擦力进一步增大，产生逆压，致使气流反向流动，从而产生速度逆压梯度变化。11．什么叫气流分离？气流分离的根本原因是什么？在逆压梯度段，附面层底层的空气受到摩擦和逆压的双重作用，速度减小很快，至S点速度减小为零，0)(0YYV附面层底层的空气在逆压的继续作用下，开始倒流，倒流而上与顺流而下的空气相遇，使附面层拱起，形成分离（S点为分离点）。第二章飞机的低速空气动力特性图1-5翼型表面主流的压力变化图1-6附面层的分离1.常用的飞机翼型有哪几种？说明弦长、相对弯度、最大弯度位置、相对厚度、最大厚度位置、前缘半径和后缘角的定义？翼型几何参数：1.弦长（b）翼型上下表面内切圆圆心的光滑连线称为中线。中弧线的前端点，称为前缘；后端点，称为后缘。前缘与后缘的连线叫翼弦，其长度叫弦长或几何弦长。2.相对弯度（f）翼型中弧线与翼弦之间的距离叫弧高或弯度(f)。最大弧高与弦长的比值，叫相对弯度。相对弯度的大小表示翼型的不对称程度。3.最大弯度位置(fX)翼型最大弧高所在位置到前缘的距离称为最大弯度位置。通常以其与弦长的比值来表示。4.相对厚度（c）上下翼面在垂直于翼弦方向的距离叫翼型厚度(ｃ)。翼型最大厚度与弦长的比值，叫翼型的相对厚度。5.最大厚度位置（CX）翼型最大厚度所在位置到前缘的距离称为最大厚度位置。通常以其与翼弦的比值来表示。6.前缘半径（r）翼型前缘处的曲率半径，称为前缘半径。7.后缘角（τ）翼型上下表面围线在后缘处的切线之间的夹角，称为后缘角。2.常用的机翼平面形状有哪几种？说明机翼面积、展长、展弦比、根尖比和后掠角的定义？常用的几种机翼平面形状：1.机翼面积（Ｓ）襟翼、缝翼全收时机翼在ＸＯＺ平面上的投影面积所占的那部分面积(一般包括机身)。波音737：Ｓ＝105.4米22.展长（Ｌ）机翼左右翼端（翼尖）之间的距离。波音737：Ｌ＝28.91米3.展弦比（λ）展长与平均弦长（ｂav）之比。歼击机：2～5轰炸、运输机：7～12滑翔机、高空侦察机：16～19波音737：λ＝8.834.根尖比（η）翼根弦长(bx)与翼尖弦长(bt)之比。η=bx/bt矩形翼η=1三角翼η=∞初教六η=2歼教八η=2.155.后掠角（χ）机翼上有代表性的等百分弦线（如前缘线、１／４弦线、后缘线等）在ＸＯＺ平面上的投影与ＯＺ轴之间的夹角。后掠角大小表示机翼向后倾斜的程度。一般常用1／4弦线后掠角作为机翼的后掠角。3.说明迎角的物理意义？迎角的概念定义：翼弦与相对气流方向之间的夹角。(用α表示)正负:相对气流方向指向机翼下表面，迎角为正；指向机翼上表面，迎角为负；相对气流方向与翼弦平行，迎角为零。4．以双凸翼型为例，说明迎角对流谱的影响，并根据翼型的流谱画图分析翼型升力的产生。翼升力的作用点叫机翼压力中心。飞机各部分升力的总和就是飞机的升力。飞机升力的作用点，叫飞机压力中心。上表面→弯曲大→流管变细→流速快→压力小空气流过机翼上下表面下表面→弯曲小→流管变粗→流速慢→压力大→压力差（△P）垂直相对气流方向总和→Y翼5．何谓剩余压力、正压力、吸力和压力系数？分别用矢量表示法和坐标表示法画出翼型压力系数分布示意图。压力系数——剩余压力与远前方气流动压的比值。剩余压力——测量点静压与大气压力的差值。表示方法矢量表示法线段的方向——箭头向外为吸力；箭头向里为正压力。坐标表示法6.写出升力公式，说明公式中各项的物理意义。升力公式Ｃy——升力系数ρ——空气密度Ｖ——远前方气流速度Ｓ——机翼面积Ｃy——综合表达了翼型、迎角和气流M数对升力影响的无因次数值。7．影响机翼升力大小的因素有哪些？各是怎样影响的？说明升力系数的物理意义。影响升力的因素：迎角对升力的影响迎角对升力的影响αα临,α↑→Y翼↑其它因素不变时αα临,α↑→Y翼↓Y大小变α变αα临――压力中心前移压力中心变,α↑αα临――压力中心后移翼型对升力的影响其它因素不变时，翼型形状不同，升力不同:平凸翼型Cy最大;双凸翼型次之;对称翼型最小。总之，翼型形状对升力的影响其它因素不变时，翼型形状不同，升力不同，平凸翼型Cy最大;双凸翼型次之;对称翼型最小。相对气流动压对升力的影响：其它因素不变时，动压大→Y大。Ｃy——综合表达了翼型、迎角和气流M数对升力影响的无因次数值。8．画出升力系数曲线示意图。说明α0、αcr、Ｃymax的含义及影响因素。升力系数曲线——飞机升力系数随迎角变化的曲线。2-11用矢量法表示的翼型压力SVCYy221零升迎角（α0）——升力系数为零的迎角。影响因素★相对弯度相对弯度增加，α0↓★增升装置增升装置放下，α0↓★地效有地效影响，α0↓临界迎角（αcr）和最大系数（Ｃymax）升力影响Ｃymax的因素★相对弯度弯度大，Ｃymax大相对★最大弯度位置最大弯度位置15％时最大★相对厚度过大过小Ｃymax都会减小相对厚度9～14％时最大★前缘半径前缘半径大，Ｃymax较大。无地效，收起落架、襟翼时9．什么是摩擦阻力，压差阻力和诱导阻力？分别分析其产生原因。摩擦阻力——气流与飞机表面发生摩擦形成的阻力。产生原因附面层底层存在法向速度梯度→摩擦力→方向与飞机面相切各处摩擦力在相对气流方向上投影的总和即为飞机的摩擦阻力。紊流附面层——摩擦阻力大。压差阻力——有空气粘性间接造成的一种压力形式的阻力。产生原因空气粘性作用导致机翼前后压力不等形成的阻力——机翼的粘性压差阻力，机身、尾翼等其它部分也会产生压差阻力，飞机各部分压差阻力的总和就是飞机的压差阻力。诱导阻力——诱导阻力是伴随升力而产生的阻力。既由升力诱导而产生的阻力。产生原因：机翼翼型升力系数曲线升力上表面压力小，下表面压力大，下表面空气绕过翼尖流向上表面→上下翼面空气流出后缘时具有不同流向，形成旋涡→形成翼尖涡→形成向下速度（下洗速度）→使流过机翼的空气发生变化（相对气流速度和下洗速度的合速度方向流动，向下倾斜）→下洗流→使升力向后倾斜一个角度（实际升力Y′）→垂直分力（Y′cosε）——升力（有效升力）；平行分力（Y′sinε）——阻力——诱导阻力（Xi）。10．写出阻力公式，说明阻力系数的物理意义。影响阻力大小的因素有哪些？阻力公式Ｃx——阻力系数。翼型阻力系数。综合表达了机翼迎角、翼型和机翼表面光滑程度等因素对阻力的影响。迎角对压差阻力和诱导阻力的影响①摩擦阻力基本不随迎角变化。②压差阻力：中、小α——变化不大；大α——明显增大；α﹥α临——急剧增大。③诱导阻力：在α临范围内——α增加Xi迅速增加。翼型和机身形状对压差阻力的影响平凸型——较大①翼型不同，压差阻力不同双凸型——较小对称型——最小尖头尖尾——最小②机身形状不同，压差阻力不同纯头——较大切尾旋成体——最大展弦比对诱导阻力的影响①同翼面积——展弦比小（短而宽），诱导阻力大；②翼平面形状——其它条件相同椭圆翼诱导阻力最小,矩形翼诱导阻力最大11.什么是翼尖效应和翼根效应？说明后掠翼和平直翼低速空气动力特性不同的基本原因。流线左右偏斜，影响机翼的压力布“翼根效应”小翼根上表面前段，流线向外偏斜，流管变粗→流速增加不多，压力减小不多→吸力减小；后段，流线向内偏斜，流管变细→速度增加，吸力增加。流管最细的位置后移，最低压力点后移。翼根效应使翼根部分平均吸力减小，升力系数减小。翼根效应----最低压力点后移，平均吸力↓，Cy↓。“翼尖效应”SVCXx221翼尖上表面前段，流线向外偏，流管变细→速度增加，压力减小→吸力增加；后段，流线向内偏斜，流管变粗→速度减小→吸力减小。流管最细的位置前移，最低压力点前移。翼尖效应使翼尖部分平均吸力增大，升力系数增大。翼尖效应----最低压力点前移，平均吸力↑，Cy↑。故后掠翼低速空气动力特性不同于平直翼的基本原因：⑴后掠翼空气动力主要取决于有效分速；⑵后掠翼的翼根效应和翼尖效应影响后掠翼压力分布。总之，后掠翼与平直翼相比：1.后掠翼没到临界迎角之前，会较早抖动；2.α抖、α临界及Ｃy抖、Cymax差别较大。3.后掠翼在临界迎角附近，Ｃy变化缓和。12