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2.2 流动流体的基本规律
流动的基本概念
大气的物理性质
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。但飞行器所处的飞行环境为高空大 气层和外层空间，空气分子间的平均自由行程很大，气体分子的自由行程 大约与飞行器的外形尺寸在同一数量级甚至更大，在此情况下，大气就不 能看成是连续介质了。
• 相对速度的影响 相对速度越大，机翼产生的升力就越大。
• 空气密度的影响 空气密度越大，升力也就越大，反之当空气稀薄时，
升力就变小了。 • 机翼剖面形状和翼迎角的影响
机翼上产生升力的大小与机翼剖面形状有很大关系。 在一定迎角范围内，随着迎角的增大，升力也会随之增大。 当迎角超出此范围而继续增大时，则会产生失速现象。
粘性与摩擦阻力
大气流过物体时产生的摩擦阻力是与大气的粘性有关系的。因此飞机 飞行时所产生的摩擦阻力与大气的粘性也有很大关系。
理想流体
通常把不考虑粘性的流体（即流体内摩擦系数趋于零的流体）称为理 想流体或无粘流体。
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2.2 流动流体的基本规律
流动的基本概念
大气的物理性质
声速：
声速是指声波在物体中传播的速度，声波是一个振动的声源在介质中 传播时产生的疏密波。
飞机几何外形和参数
圆头尖尾
尖头尖尾
对称翼型 非对称翼型
菱形翼型 平板翼型 弯板翼型
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2.3 飞机的几何外形和作用在飞机上的空气动力
飞机几何外形和参数
• 翼展b：机翼左右翼梢之间的最大横向距离 。 • 翼弦：翼型前缘点和后缘点之间的连线 。(c0翼根弦长，c1翼
梢弦长)
• 前间缘的后夹掠角角。：0 机翼前缘线与垂直于翼根对称平面的直线之
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第2章航空航天飞行器基本飞行原理
2.1 飞行环境概述
2.1.3 国际标准大气
1:标准大气压=101千帕 2:大气压随高度的升高而减小.
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第2章航空航天飞行器基本飞行原理
2.2 流动流体的基本规律
2.2.1 流动的基本概念
流体是气体（如空气）和液体（如水）的统称。 流体可压缩性是指流体的压强改变时其密度和体积也改变的性质。
波音747-200型
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2.3 飞机的几何外形和作用在飞机上 2.3 飞机的几何外形和作用在飞机上的空气动力 的空气动力
翼型 是指沿平行于飞机对称平面的切平面切割机翼所得到的剖面 。
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2.3 飞机的几何外形和作用在飞机上的空气动力
翼弦和迎角
翼型最前端的点叫“前缘”，最后端的点叫“后缘”。前缘 和后缘之间的连线叫翼弦。翼弦与相对气流速度之间的夹角 叫迎角。
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2.2 流动流体的基本规律
高速气流的流动特点
超音速气流在变截面管道中的流动情况，与低速 气流相反，收缩管道将使超音速气流减速、增压； 而扩张形管道将使超音速气流增速、减压。
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第2章航2空.航3天飞行飞器基本机飞行原的理 几何外形和作用在飞机上 的空气动力
波音747-200型
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第2章航2空.航3天飞行飞器基本机飞行原的理 几何外形和作用在飞机上 的空气动力
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2.2 流动流体的基本规律
连续性定理
描述了定常流动的流体任一流管中流体元在不同截面处的流
速 v 与截面积 S 的关系。
qm VA
Δt
S1
v
1
S2
v
它表述了流体的流 速与流管截面积之 间的关系。流量一 定，也就是说在截 面积小的地方流速 大，截面积大的地 方流速小。
1v1S1 2v2S2 2
武汉大学通识课程
航空航天技术概论
武汉大学电子信息学院 光谱成像实验室
吴琼水 qswu@
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第2章 航空航天飞行器基本飞行原理
• 2.1 飞行环境概述 • 2.2 流动流体的基本规律 • 2.3 飞机的几何外形和作用在飞机上的空气
动力
2
第2章航空航天飞行器基本飞行原理
2.1 飞行环境概述
升力的产生
机翼表面各点压力的测定
用向量法表示的机翼压强分布布图
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2.3 飞机的几何外形和作用在飞机上的空气动力
飞机几何外形和参数
飞机的几何外形主要由机身、机翼和尾翼等主要部 件的外形共 同来组成。
垂直尾翼
方向舵
发动机
升降舵
驾驶舱
襟翼
水平尾翼 副翼
机身
机翼
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2.3 飞机的几何外形和作用在飞机上的空气动力
静压+动压=总压=常数
伯努利定理的应用条件：
(1) 理想流体
(2) 不可压缩流
(3) 定常流动
(4) 在所考虑的范围内，没有能量的交换
(5) 在同一条流线上或同一根流管上
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2.2 流动流体的基本规律
低速流动伯努利定理
由连续性定理和伯努利方程可知，流体在变截面管道中流动 时，凡是截面积小的地方，流速就大，压强就小；凡是截面 积大的地方，流速就小，压强就大。
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2.2 流动流体的基本规律
低速流动伯努利定理
由连续性定理和伯努利方程可知，流体在变截面管道中流动 时，凡是截面积小的地方，流速就大，压强就小；凡是截面 积大的地方，流速就小，压强就大。
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2.2 流动流体的基本规律
低速气流的流动特点
当管道收缩时,气流速度将增加，压力将减小； 当管道扩张时,气流速度将减小，压力将增加。
自然环境：真空、电磁辐射、 高能粒子辐射、微流星体、 行星大气、磁场和引力场等
诱导环境：振动、冲击、感 应磁场、有机材料溢出物污 染等。
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第2章航空航天飞行器基本飞行原理
2.1 飞行环境概述
2.1.3 国际标准大气
为了准确描述飞行器的飞行性能，必须建立一个统一的标准，即 标准大气。
目前我国所采用的国际标准大气，是一种“模式大气”。它依据 实测资料，用简化方程近似地表示大气温度、密度和压强等参数的平 均铅垂分布，并将计算结果排列成表，形成国际标准大气表。
一般认为液体是不可压缩的，气体是可压缩的。
当气流速度较小时，压强和密度变化很小，可以不考虑大气可压缩性的影响。 但当大气流动的速度较高时，压强和速度的变化很明显，就必须考虑大气可压 缩性。
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2.2 流动流体的基本规律
流动的基本概念
大气的物理性质
大气的状态参数和状态方程：
气体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
流线密处，表示流速大，反之则稀。
流管
流管：由一组流线围成的管状区域称为流管。
流管内流体的质量是守恒的。
通常所取的“流管”都是“细流管”。
细流管的截面积 S 0 ，就称为流线。
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2.2 流动流体的基本规律
空气动力
流动的基本概念
任何物体只要和空气之间产生相对运动，空气就会对它产 生作用力，这个力就是空气动力。
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2.2 流动流体的基本规律
相对运动原理
飞机以一定速度作水 平直线飞行时，作用 在飞机上的空气动力 与远前方空气以该速 度流向静止不动的飞 机时所产生的空气动 力效果完全一样。这 就是飞机相对运动原 理。
飞机以每小时300km的速度在静止的空气中飞行，或者气流以每小时300km 的速度从相反的方向流过静止的飞机，两者的相对速度都是每小时300km。 这两种情况，在飞机产生的空气动力完全相等，所以叫做“相对运动原 理”(或可逆性原理)。
升力公式
翼型和迎角对升力的影响可以通过升力系数Cy表现出来。 总结以上因素的影响，升力的公式可写成：
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2.2 流动流体的基本规律
连续性定理
它表述了流体的流 速与流管截面积之 间的关系。流量一 定，也就是说在截 面积小的地方流速 大，截面积大的地 方流速小。
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2.2 流动流体的基本规律
低速流动伯努利定理
由能量守恒定理描述流体流速与压强之间的关系。
在管道中稳定流动的不可压缩理想流体，在管道各处的流 体动压和静压之和应 始终保持不变即：
飞机的升力主要是由机翼和空气的相对运动而产生的。
流线演示视频
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2.2 流动流体的基本规律
相对运动原理
1. 只要空气和物体有相对运动，就会产生空气动力。
2. 例：有风的时候，我们站着不动，会感到有空气的力量 作用在身上；没有风的时候，如果我们骑车飞跑，也会 感到有空气的力量作用在身上。
3. 这两种情况虽然运动对象不同，但产生的空气动力效果 是一样的。前一种是空气流动，物体不动；后—种是空气 静止，物体运动。
声速的大小和传播介质有关。在水中的声速大约为1440米/秒；而在海 平面标准状态下，在空气中的声速仅为341米/秒(1227公里/小时）。
由此可知介质的可压缩性越大，声速越小（如空气）；介质的可压缩 性越小，声速越大（如水）。
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2.2 流动流体的基本规律
流动的基本概念
大气的物理性质
马赫：
马赫数Ma的定义为：
பைடு நூலகம்
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 空气动力学研究中常说的连续性假设。
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2.2 流动流体的基本规律
流动的基本概念
大气的物理性质
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。
Ma = v/a
v是飞行速度(或相对气流速度)，a是飞行高度上的当地音速。
飞行器飞行速度越大，Ma 就越大，
飞行器前面的空气就压缩得越厉害。 因此，Ma的大小可作为判断空气受 到压缩程度的指标。