飞行动力学.pptx

飞行控制系统:
飞行器+控制系统闭合回路
飞行器:在空气中的运动体,一个复杂的被控对象,要想控制它,需要了解气流特性与飞行器的特性
空气动力学:研究空气的流体特性
飞行力学:研究飞行器在大气中飞行时的运动规律,建立飞行器动力学方程
引言
第一节空气动力学的基本知识
第二节飞行器运动参数与操纵机构
第三节空气动力与气动系数
本课程内容
第一节空气动力学的基本知识
一、流场
定义
可流动的介质(水,油,气等)称为流体,流体所占据的空间称为流场。
流场的描述
速度、加速度以及密度p、压强p、温度T(流体的状态参数)等—几何位置与时间的函数
(1)流体微团:空气的小分子群,空气分子间的自由行程与飞行器相比较太小,可忽略分子的运动
(2)流线:流体微团流动形成的轨线,流线不相交、流体微团不穿越流线
一、流场(续)
(3)流管:
多个流线形成流管
(4)定常流:
流场中各点的速度、加速度以及状态参数等只是几何位置的函数,与时间无关
(5)流动的相对性
物体静止,空气流动
物体运动,空气静止
相对速度相同时,流场中空气动力相同
二、连续方程
在流管上取垂直于流管中心线上流速方向的两个截面,
截面I: 截面Ⅱ:
空气流动是连续的,处处没有空隙,定常流—流场中各点均无随时间分子堆积,因而单位时间内,流入截面Ⅰ的空气质量必等于流出截面Ⅱ的空气质量
质量守恒原理在流体力学中的应用
或写成:
在V小、小范围内
连续方程:
A大,V小
A小,V大
三、伯努里方程(能量守恒定律)
在低速不可压缩的假设下,密度为常数
伯努里方程:
其中:P-静压,
1/2V2 —动压,单位体积的动能,与高
度、速度有关
表明静压与动压之和沿流管不变
当V=0,p=p0,—最大静压

V大,p小;V小,p大
四、马赫数M
马赫数定义为气流速度(v)和当地音速(a)之比:
音速: T:空气的绝对温度
a与温度有关,表示空气受压缩的程度,M与a都是几何位置的函数
临界马赫数Mcr
远前方的迎面气流速度V与远前方空气的音速a之比
迎面气流的M数超过Mcr时,翼面上出现局部的超音速区,
将产生局部激波
飞行速度定义
M<; <M<Mcr为亚音速飞行;
Mcr<M<; <M<5为超音速飞行,
M>5为高超音速飞行
五、弱扰动的传播
飞机在大气中飞行—扰动源
扰动源以速度V在静止空气中运动,相当于扰动源静止而空气以速度v流动
1)V<a,M<1—前方空气受扰,变化不大(b)
2)V=a,M=1—扰动源与扰动波同时到达,前方空气(c)
扰动只影响下游
3)V>a,M>1—
前方空气未受扰
飞机前临近空气
突然,
形成激波(d)
受扰区限于扰源
下游的马赫锥内
六、激波
气流以超音速流经物体时,流场中的受扰区情况与物体的形状有关,超音速—强扰动,产生激波
激波实际上就是气流各参数的不连续分界面
在激波之前,气流不受扰动,气流速度的大小和方向不变,各状态参数也是常数;
气流通过激波,其流速突然变小,温度、压强、密度等也突然升高
钝头物体的激波是脱体波(正激波),产生大波阻
楔形物体的激波是倾斜的(附体波),波阻较小,用于超音速飞机的机头
七膨胀波
伯努利静态公式不适用于高速流动情况,由于空气高速流动时密度不是常数
由推导伯努利方程动态过程,得出考虑到空气的可压缩性的能量守恒方程:
流管截面积增大(dA为正)的情况下,
流速变小或增大与M数有关
亚音速时M<1,
( M2-1)为负值,
截面积增大则流速变小。
超音速时M〉1,
( M2-1)为正值,
截面积增大流速也增大
超音速气流的变化
过渡区内气体是连续膨胀的,叫膨胀波