稳定气流
要研究空气动力,首先要了解气流的特性。气流特性是指空气在流动中各点的速度、压力和密度等参数的变化规律。而稳定气流是指空气在流动时,空间各点上的参数不随时间而变化。反之就是不稳定气流。
在稳定气流中,空气微团流动的路线叫做流线。流体流过不同形状的物体时有不同的“流线谱”。
流线谱
翼剖面流线谱
圆柱体流线谱
斜立平板流线谱
稳定气流
翼剖面流线谱
圆柱体的流线谱
翼剖面的流线谱
圆柱体流线谱
稳定气流
斜立平板流线谱
流管
流管
斜立平板的流线谱
流管
连续性定理
当流体连续不断而稳定地流过一个粗细不等的变截面管道时,在管道粗的地方流速比较慢,在管道细的地方流速比较快。
这是由于管道中任一部分的流体不能中断也不能堆积,因此在同一时间,流进任一截面的流体质量和从另一截面的流出的流体质量应该相等。这就是质量守恒定律。
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连续性定理
单位时间内流过截面的流体质量,即质量流量qm:
qm=ρvA
ρ流体密度,kg/m3;
v 流体流速,m/s ;
A 所取截面面积,m2;
单位时间内通过截面A-A和B-B的流体的质量流量应相等
qm1=qm2=常数
ρ1v1A1=ρ2v2A2=常数
这就是质量方程或连续方程。
连续性定理
气流在不同管径中流速的变化
A1
A2
v1
v2
截面Ⅱ
截面Ⅰ
ρ1
ρ2
伯努利定理
伯努利定理是描述流体的压强和速度之间的关系可以用实验说明。如图在粗细不均的管道中在不同截面积处安装三根一样粗细的玻璃管,首先把容器和管道的进口和出口开头都关闭,此时管道中的流体没有流动,不同截面处(A-A、B-B、C-C)的流体流速均为零,三根玻璃管中的液面高度同容器中的液面高度一样。
这表明,不同截面处的流体的压强都是相等的。现在把进口和出口的开头同时都打开,使管道中的流体稳定地流动,并保持容器中的液面高度不变。此时三根玻璃管中的液面高度都降低了,且不同截面处的液面高度各不相同,这说明流体在流动过程中,不同截面处的压强也不相同。
伯努利定理
伯努利定理
同过以上实验我们可以得到一个数学表达式来表示:
=常数
式中: 静压力;
动压;
全压。
因当注意,以上定理在下述条件下才成立:
(1) 气流是连续的、稳定的。
(2) 流动中的空气与外界没有能量交换。
(3) 气流中没有摩擦,或变化很小,可以忽略不计。
(4) 空气的密度没有变化,或变化很小,可以认为不变。
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