航空航天概论-第二章
130页1、1,第二章 飞行环境及飞行原理,基本概念与基本定理 升力的产生机理与增生措施 阻力的产生及减阻措施 飞机的气动外形 飞机的飞行性能 飞机的稳定性与操纵性及其影响因素 航天器飞行原理,2,2.1 飞行环境,大气环境 根据大气中温度随高度的变化可将大气层划分为对流层、平流层、中间层、热层和散逸层 。 1.对流层:大气中最低的一层,特点是其温度随高度增加而逐渐降低。(0 18公里) 2.平流层:位于对流层的上面,特点是该层中的大气主要是水平方向流动,没有上下对流。(1850公里) 3、中间层:中间层为离地球50到80公里的一层。在该层内,气温随高度升高而下降,且空气有相当强烈的铅垂方向的运动. 4.热层:该层空气密度极小,由于空气直接受到太阳短波辐射,空气处于高度电离状态,温度又随高度增加而上升。(80800公里) 5.散逸层:散逸层是大气层的最外层。在此层内,空气极其稀薄,又远离地面,受地球引力很小,因而大气分子不断向星际空间逃逸。,3,大气对流层,4,空间环境,空间飞行环境主要是指真空、电磁辐射、高能粒子辐射、等离子和微流星体等所形成的飞行环境。(空间飞行器处于地球磁场之外,因此容易受到
2、太阳风等因素的影响)。,5,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 。,6,7,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 这三个参数。它们之间的关系可以用气体状态方程表示,即P=RT。 航空器在空中的飞行必须具备动力装置产生推力或拉力来克服前进的阻力 。 根据产生升力的基本原理不同,航空器分为轻于(或等于)同体积空气的航空器和重于同体积空气的航空器两大类。,8,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。这就是在空气动力学研究中常说的连续性假设 。,9,大气的物理性质 3、粘性,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 。 粘性与摩擦阻力 大气流过物体时产生的摩擦阻力是与
3、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,10,大气的物理性质 4、可压缩性,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 。 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 。,11,(水和空气的压缩性不同),一般认为液体是不可压缩的,气体是可压缩的,12,大气的物理性质 5、声速,声速是指声波在物体中传播的速度 。 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。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)。,13,大气的物理性质 6、马赫数,马赫数Ma的定义为 式中v表示在一定高度下飞行器的飞行速度,a则表示该处的声速。 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
4、为判断空气受到压缩程度的指标。,14,Ma与飞行器飞行速度的关系,Ma5.0, 为高超声速飞行。,15,流动气体的基本规律 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 。,16,流动气体的基本规律 质量守恒与连续方程,取横截面1,2,3,假设在流管中流动的流体质量既不会穿越流管流出,也不会有其它流体质量穿越流面流入,则通过流管各截面的质量流量必须相等 。,17,流动气体的基本规律 质量守恒与连续方程,在单位时间内,流过变截面管道中任意截面处的气体质量都应相等,即 该式称为可压缩流体沿管道流动的连续性方程。当气体以低速流动时,可以认为气体是不可压缩的,即密度保持不变。则上式可以写成(该式成为不可压缩流体沿管道流动的连续性方程 ),18,应用实例,它表述了流体的流速与流管截面积之间的关系。也就是说在截面积小的地方流速大。 例如在河道窄的地方,水流得比较快;而在河道宽的地方,水流得比较慢 。,19,伯努利方程 (Bernoullis equation),Daniel Bern
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