第二章空气动力学基本原理详解

§2－1 理想流体和不可压缩流体
一、流体──能够流动的物质叫流体。由分子构 成，都具有粘性、可以压缩。
二、理想流体──假想没有粘性的流体 三、不可压缩流体──忽略压缩性的流体。 气体──可压 液体───不可压、当气体流速 小于100米/秒时，也可以视为不可压缩流体，如 低速风洞中均不考虑压缩性性。
一、气动力
1、气动阻力 2、升力 Y 3、侧向力Z
X X p XF Xi
二、气动力矩
1、侧倾力矩 M x Zyc
2、横摆力矩 Mz Xyc Yxc 3、侧纵倾力矩 M y Zxc
三、力系数和力矩系数
1、力系数 阻力系数
升力系数
Cx
1 2
X
V2 A
Y
Cy
1 2
V2 A
侧向力系数
Cz
1 2
二、关于阻力下节讨论
§2－6 摩擦阻力和压差阻力
一、摩擦阻力 1、 形成原因附面层内存在速度梯度 2、 影响因素 a、物体形状 b、边界层内
的流动状态
二、压差阻力
1、形成原因
X P pdAsin
理想流体绕流圆柱体时，既无升力也无阻力，粘性流体时 产生摩擦和附面层分离造成物体前后压强不对称则
2、 影响因素
3、层流附面层和紊流附面层
判别准则
Re
Vx
V ──边界上的速度
x──驻点到转捩点的距离
ν──运动粘度
Rec ─── 临界雷诺数 在平板上 5×105～3×106
二、分离现象分析
当粘性流体流过曲面物体时要发生分离现 象如图2－5 1、M点之前 2、M点 3、S点－分离点 4、S—T间断面 5、旋涡区─压差阻力 6、汽车上的情况。
圆柱
Re Vd
104 ～ 105
CD D
1 2
V2 A
1.2
半管 半管
4 ×104
1.2
4 ×104
2.3
方柱 平板
3.5×104
2.0
104×106
1.98
椭柱
2:1
1×105
0.46
椭柱
三元物型
球 半球 半球 方块
8:1
2 ×105
0.20
Re Vd
CD D
1 2
V2
A
104 ～105
第二章 空气动力学基本原理
本课程以空气动力学和流体力学为理 论基础，分析汽车周围的流场，研究作 用在汽车上的气动力矩和气动力，并应 用这些成果改善汽车的性能，因此要深 入研究汽车空气动力学的问题必须熟悉 这些原理和有关应用问题，多数问题在 流体力学中都以涉及到，在此不再赘述， 仅就和汽车比较密切的一些问题加以论 述
0.47
104 ～105
0.42
104 ～105
1.17
104 ～105
1.05
方块
104 ～105
0.80
矩 形 板(长/宽=5)
宽
103 ～105
1.20
Z
V2 A
2、力矩系数 纵倾力矩系数
mz
1 2
Mz
V2 Al
横摆力矩系数
my
My
1 2
V2
A
l
侧倾力矩系数
mx
1 2
Mx
V2 Al
其中：A----汽车正投影面积
l-----汽车长度
Typical drag coefficients for regular 2- and 3-D objects
二元物型
V∞’和W合成V∞ 升力则垂直于V∞ ，将其在y方向和x
方向上分解，则得到诱导阻力。 ──诱导阻力 和粘性无关。
三、汽车上的诱导阻力
汽车近似于一个有限翼展的机翼，底 部压强大于上部的压强，在汽车侧面产生 由车底向上的流动，产生诱导旋涡，如图2 －12也产生诱导阻力。
§2－8 作用在汽车上的
气动力和气动力矩
2、 不可压 意义: 体积流量为常数。
二、伯努里方程
意义：p1
1 2
V
2
p0
§2－4 附面层及其分离现象
一、附面层 的概念 定义：粘性 流体绕流物 体时在壁面 附近速度急 剧变化的薄 层。
如图2－4 机翼 和平板上的附 面层
2、 特点 （1）内部旋涡强度大惯性力和粘性力具有 同样的数量级为粘性流体的有旋流动 （2）外部旋涡强度小，惯性力大于大于粘 性力，为理想流体的无旋流动。 （3） 厚度很小 。 （4）在同一截面上压强相等
§2－2 定常流动和非定常流动 流线 迹线 流谱
一、 定常流动和非定常流动 风洞中提供 的流场是定常的。
二、 流线 迹线 流谱 性质 定常流动中迹线和流线重合，如 图2－2
§2－3 流体流动的连续性方程和 伯努里方程
一、连续性方程（条件定常）
V1A1 V2 A2 C 1、 可压缩 意义：质量流量为常数。
§2－5 升力和阻力
一、流体对机翼的作用力 理想流体绕流机翼时，由于上下表面弯度 不同，上下气流不对称，形成图2－7所示 的压强分布，将这个不对称的压强在整个 机翼表面上积分，则得到力R ， 将R分解 到x y方向 上，就可以得到升力和阻力。
关于升力的讨论
1、Y和物体的形状有关。 2、Y正比于速度的平方。 3、Y与物体在流场中的方位有关Y －攻角 。
a、 来流速度，同样的物体来流速度不同 不同，分离点的位置不同，则不同。 b、物体的形状 流线体很小，突然中断的 截尾形状很大，为摩擦阻力的数十倍。 c.在流场中的方位。
§2－7 诱导阻力
一、有限翼展的情况 产生后缘旋涡和翼梢旋涡。 二、诱导阻力形成的原因 由于上述旋涡的存在产生一个诱导速度W，由