第2章 低速空气动力学基础 原理教学课件_358

此外，还有粘性系数、分子碰撞频率、分子量等。 根据这些公式计算出来的数据排列成表即为国际 标准大气。国际标准大气简表
2.2 低速气流的特性
所谓低速气流，是指流动速度v不大于0.3倍音速 a（即v≤0.3a或 M≤ 0.3，M=v/a称为马赫数）的气 流。
所谓气流特性，就是指流动中的空气其压强、密 度、温度以及流管粗细同气流速度之间相互变化的 关系。
空气的粘性比水的要小。 空气的粘性和温度有关，温度高，空气的粘性大， 反之就小。 空气的粘性对飞机飞行的影响主要表现在其与飞 行的摩擦阻力有关。
空气的压缩性，是指在压强（压力）的作用下或 温度改变的情况下，空气改变自己的密度和体积的 一种特性。
空气的压缩性比水要大得多，水几乎很难压缩。
在低速流动（指流动速度v不大于0.3倍音速a， 即v≤0.3a，或者M≤0.3，M=v/a称为马赫数）时， 空气压强的变化一般不大，空气密度的变化很小， 空气的压缩性对于飞机的飞行影响很小。所以在低 速飞行时，可以认为空气是不可压缩的，即可以认 为密度是一个不变的数值。
(3) 流线不能相交也不能折转。因为空间每一点 只能有一个速度方向，所以不能有两条流线同时通 过同一点。
三种情况例外：速度为零的点，称为驻点；速度 为无限大的点，称为奇点；流线相切，上下两股速 度不等的流体在该点相切。图
(4) 流场中的每一点都有流线通过。由这些流线 构成流场的总体称为流线谱，简称流谱。图
II. 流场 流体所占据的空间称为流场。 用以表征流体特性的物理量如速度、温度、压强、 密度等，称为流体的运动参数。所以流场又是分布 上述运动参数的场。
III. 定常（稳定）流动与非定常（不稳定）流动 如果流场中流体的运动参数不仅随位置不同而不 同，而且随时间变化而变化，这样的流动称为非定 常流动。如果流场中流体的运动参数只随位置改变 而与时间无关，这样的流动称为定常流动。
V. 散逸层 散逸层又称逃逸层、外大气层，是地球大气的最 外层，位于热层之上。那里的空气极其稀薄，同时 又远离地面，受地球的引力作用较小，因而大气分 子不断地向星际空间逃逸。
2.1.2 大气的物理性质
大气的物理性质包括大气的温度、压强（常称为 压力）、密度（或比重）、音速、粘性和压缩性等。
空气的粘性，是空气自身相互粘滞或牵扯的特性。 从本质上讲，粘性是流体内相邻两层间。
2.1.3 国际标准大气
为了有一个研究空气动力和飞行性能的统一标准， 国际航空界协议，人为地规定了大气温度、密度、 压强等随高度变化的关系，这就是国际标准大气 （ISA）。
国际标准大气的主要内容包括： (1) 基本假设：大气是静止的、干燥洁净的理想 气体；在规定温度随高度的变化规律和海平面的温 度、压力和密度初始值后，通过对大气静力方程和 气体状态方程的积分，获得压力和密度的数据。
(2) 海平面大气物理属性等主要参数：温度T0＝ 15℃(288.15K)；空气密度ρ0＝1.225kg/m3；空气压 力p0＝101325Pa；音速a0＝340.294m/s；重力加速 度g0＝9.80665m/s2。
(3) 干燥空气的气体常数R＝287.05278J/(kg·K)。 (4) 大气温度、压力、密度随高度变化的计算公 式。
2.2.1 流场的概念
I. 流体 气体和液体统称为流体。流体的特性是：不能保 持一定形状，具有流动性；液体具有一定的体积， 不可压缩；而气体可以压缩。
气体虽然是可压缩的，但在许多工程中，气体 的压力和温度变化不大(如低压等)、气流速度远小 于音速（如速度v≤0.3a或M≤ 0.3）时，可以忽略气 体的压缩性，这时即把气体看作为不可压缩的流体。 这样近似能使问题简化并不会引起太大的误差。
2.2.2 运动的转换
相对原理：如果在一个运动物体系上附加上一个 任意的等速直线运动，则此附加的等速直线运动并 不破坏原来运动的物体系中各物体之间的相对运动， 也不改变各物体所受的力。
IV. 流线 流线是流场中某一瞬时的一条空间曲线，在该线 上各点的流体质点所具有的速度方向与曲线在该点 的切线方向重合。图 (1) 非定常流时，由于流速随时间改变，经过同 一点的流线其空间方位和形状是随时间改变的。
(2) 定常流动时，由于流场中各点流速不随时间 变化，所以同一点的流线始终保持不变，且流线与 迹线（流体质点在一段时间内运动的轨迹线）重合。
(3) 平流层水汽含量也较少，天气变化小，对飞 行有利。
(4) 平流层大气质量约占整个大气的四分之一。
III. 中间层 中间层从平流层顶（50~55km）伸展到80km高 度。 这一层的特点是：气温随高度增加而下降，空气 有相当强烈的垂直运动。在这一层的顶部气温可低 至160~190K。
IV. 热层 热层的范围是从中间层顶伸展到约800km高度。 热层的一个特征是气温随高度增加而上升。另一 个重要特征是空气处于高度电离状态。
第2章 低速空气动力学基础
2.1 空气的基本性质
2.1.1 大气飞行环境
飞行器在大气层内飞行时所处的环境条件，称为 大气飞行环境。图1 图2 图3 图4
(3) 由于受地面情况和地形的影响，对流层中有 水平风和垂直风，而垂直风对飞机的飞行不利。
(4) 对流层集中了全部大气约四分之三的质量。
II. 平流层 平流层位于对流层顶之上，直到约50~55km。 (1) 在平流层内，随着高度的增加气温最初保持 不变或微有上升，到25~30公里以上气温升高较快， 到了平流层顶气温约升至270~290K。 (2) 在平流层中，空气的垂直运动远比对流层弱， 基本上只有水平风而无垂直风，飞机飞行平稳。
V. 流管和流束 在流场中画一封闭曲线，过该曲线上每一点做流 线，由这许多流线所围成的管状曲面称为流管。图 由于流管表面是由流线所围成，而流线不能相交， 因此流体不能穿出或穿入流管表面。这样，流管就 好象刚体管壁一样把流体运动局限在流管之内或流 管之外。在稳定流时流管好象真实管子一样。 充满在流管内的流体，称为流束。