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2009 2009 , ,2 2第一章第一章飞行动力学飞行动力学空气动力学空气动力学与与飞行力学飞行力学??飞行控制系统飞行控制系统: :飞行器飞行器+ +控制系统控制系统??闭合回路闭合回路??飞行器: 飞行器: 在空气中的运动体,一个复杂在空气中的运动体,一个复杂的被控对象,要想控制它,需要了解的被控对象,要想控制它,需要了解气气流特性流特性与飞行器的特性与飞行器的特性??空气动力学: 空气动力学: 研究空气的流体特性研究空气的流体特性??飞行力学: 飞行力学: 研究飞行器在大气中飞行时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的运动规律,建立飞行器动力学方程引言引言 2 ??第一节第一节空气动力学的基本知识空气动力学的基本知识??第二节第二节飞行器运动参数与操纵机构飞行器运动参数与操纵机构??第三节第三节空气动力与气动系数空气动力与气动系数本课程内容本课程内容 3 第一节空气动力学的基本知识一、流场一、流场??定义定义可流动的介质(水,油,气等)称为流体,流体所占可流动的介质(水,油,气等)称为流体,流体所占据的空间称为流场。据的空间称为流场。??流场的描述流场的描述速度、加速度以及速度、加速度以及密度密度 p p、压强、压强 p p、温度、温度 T T(流体的状(流体的状态参数)等态参数)等——几何位置与时间的函数几何位置与时间的函数(1)流体微团: 流体微团: 空气的小分子群,空气分子间的自由空气的小分子群,空气分子间的自由行程与飞行器相比较太小,可忽略分子的运动行程与飞行器相比较太小,可忽略分子的运动(2)流线: 流线: 流体微团流动形成的轨线,流线不相交、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流体微团不穿越流线 4一、流场(续) 一、流场(续) ( (3 3)流管: )流管: 多个流线形成流管多个流线形成流管( (4 4) )定常流: 定常流: 流场中各点的速度、加速度以及状态参数流场中各点的速度、加速度以及状态参数等只是几何位置的函数,与时间无关等只是几何位置的函数,与时间无关( (5 5) )流动的相对性流动的相对性物体静止,空气流动物体静止,空气流动物体运动,空气静止物体运动,空气静止相对速度相同时,流相对速度相同时,流场中空气动力相同场中空气动力相同? 5二、连续方程二、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, 在流管上取垂直于流管中心线上流速方向的两个截面, 截面截面 I I: :截面截面ⅡⅡ: : ??空气流动是连续的,处处没有空隙空气流动是连续的,处处没有空隙,定常流,定常流——流场中流场中各点均无随时间分子堆积,因而各点均无随时间分子堆积,因而单位时间内单位时间内, ,流入截流入截面面ⅠⅠ的空气质量必等于流出截面的空气质量必等于流出截面ⅡⅡ的空气质量的空气质量??质量守恒原理在流体力学中的应用质量守恒原理在流体力学中的应用或写成: 或写成: 在在V V小、小范围内小、小范围内连续方程: 连续方程: 1 1 1 1 , , , V A m ? 2 2 2 2 , , , V A m ? 1 1 1 1 2 2 2 2 m V A m V A ? ?? ??( ) VA m ??常数 0 d dV dA V A ??? ?? 0d ? ???常数, VA ?常数A A大, 大, V V小小 A A小, 小, V V大大 6 三、伯努里方程(能量守恒定律) 三、伯努里方程(能量守恒定律) 在低速不可压缩的假设下,密度为常数在低速不可压缩的假设下,密度为常数伯努里方程: 伯努里方程: 其中: 其中: P- P-静压, 静压, 1/2 1/2 ??V V 2 2 ——动压,单位体积的动能,与高动压,单位体积的动能,与高度、速度有关度、速度有关表明表明静压与动压之和沿流管不变静压与动压之和沿流管不变当当V=0 V=0 , ,p=p p=p 0 0, ,——最大静压最大静压?? 21 ( ) 2 p V C ?? ?常数 2012 p V p ?? ??总压V V大, 大, p p小; 小; V V小, 小, p p大大 7四、马赫数四、马赫数 M M ??马赫数马赫数定义为气流速度定义为气流速度(v) (v) 和当地音速和当地音速(a) (a) 之比之比: : 音速: 音速: T: T:空气的绝对温度空气的绝对温度 a a与温度有关, 与温度有关, 表示空气受压缩的程度, 表示空气受压缩的程度, M M与与a a都是几何位置的都是几何位置的函数函数??临界马赫数临界马赫数 Mcr Mcr