第二章 风力机空气动力学_图文_百度文库
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第二章 风力机空气动力学
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飞机空气动力特性
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空气动力，指空气与飞机作相对运动时，作用在飞机上的力。
气流绕经飞机时所产生的空气动力、空气动力力矩和表面压力分布随飞机外形和飞机在大气中的运动（包括马赫数、雷诺数、迎角、侧滑角、旋转角速度以及沉浮速度等）而变化的规律(见空气动力特性)。飞机的空气动力布局由机翼、机身、安定面、操纵面和容纳发动机的短舱(包括进气道和喷管)等部件的外形和它们的相对位置所决定，因而飞机的空气动力特性就是这些部件的空气动力特性和部件之间的空气动力干扰的合成。飞机的空气动力外形和空气动力特性还受到其他因素（如结构、发动机、材料、辅助系统、电子设备和人体生理等）的约束。不同用途的飞机有不同的空气动力特性，以求达到最佳的经济效益或作战效果。
战斗机的气动特性从空气动力学的角度看来，第二次世界大战后的战斗机的发展，大致可分为三个阶段。50年代主要是追求超音速的飞行速度。初期，世界上出现了一批马赫数为1.4左右的战斗机；后期,马赫数提高到2～2.5。在这个阶段中，空气动力学家致力于降低飞机的超音速波阻力和安全越过跨音速区的问题，飞机上采用了小展弦比的三角翼或后掠机翼和细长机身。60年代属于第二阶段，空气动力研究的重点是改善战斗机的起飞、降落性能。在这期间出现了机翼可变后掠角的布局、前后翼间距很短的鸭式布局和各种短距或垂直起降布局方案。60年代末以后，注意力转向提高战斗机的机动性和格斗能力。由于对脱体涡流型（见机翼空气动力特性）和混合流型（脱体涡流型与附着流型的混合）的广泛深入研究，战斗机的可用迎角范围增加到30°甚至40°，同时出现了边条翼布局、前后缘机动襟翼（见增升装置）和主动控制技术。喷流转向和前掠翼布局等新技术也在发展研究中。
高机动性战斗机不仅要求空气动力特性能在作战马赫数(M=0.7～1.8)下提供足够大的升力系数以满足飞机机动过载的要求，而且还要求降低大升力下的阻力系数，以保证飞行速度不会在机动飞行时迅速减小。除此之外，飞机纵向和横向的稳定力矩和操纵力矩特性也应保持在合理的范围内。当然，飞机的最大速度和起飞着陆性能也应保证。现代战斗机的空气动力外形设计是通过下列途径来获得需要的气动特性的：①利用电子计算机和先进的风洞实验技术取得最优空气动力外形设计；②开拓新的流型领域和研究新的气动机理；③采用材料、结构、控制、电子学等方面的新成就，甚至采用在飞行中能随意变化的空气动力外形。
旅客机的气动特性旅客机的关键气动特性指标有二：一是巡航因子McK，其中Mc为巡航马赫数,K为巡航时的升力与阻力的比值；另一是降落时的升力系数Cy。McK 的值越高，则航程越长或耗油量越小；Cy的值高意味着飞机的降落速度小,滑跑距离短。现代巨型旅客机有亚音速和超音速两类,前者的巡航马赫数Mc=0.75～0.95，后者Mc=2.0～3.0，它们的巡航因子却都在7～12之间。
亚音速旅客机采用大展弦比的后掠机翼，通过复杂的机翼弯扭形状设计和厚度分布来消除翼根和翼梢处的三维效应，使之能在全翼展范围内得到理想的二维翼型特性，从而提高巡航因子。在机翼的后缘区安装着复杂的二缝甚至三缝襟翼系统，前缘区则有缝翼、前缘襟翼等设施，以求良好的降落特性。
超音速旅客机的机翼采用细长的平面形状，展弦比不超过2,以求在超音速巡航时提高升阻比。这种机翼的低速升力系数很小，不利于起飞着陆。为了补救这个缺陷，空气动力学家充分利用了大迎角下的前缘脱体涡流型，这时所产生的非线性升力系数能使降落升力系数增大一倍左右。空气动力特性 - 空气动力特性
空气动力特性 - 正文
　　作用在上的空气动力和空气动力力矩随飞行器几何外形、飞行姿态（迎角、侧滑角等）、飞行速度、大气密度、空气粘性和压缩性等参数的变化规律，或空气动力系数随飞行器几何外形、飞行姿态、飞行、飞行等参数的变化规律。空气动力特性是分析飞行器性能的最主要的依据。 　　空气动力&　飞行器与空气相对运动时作用在飞行器表面上的压力、切向力的合力。为了便于研究，一般将空气动力沿平行和垂直于飞行器的运动方向分成升力、阻力和侧力三个分量（图1）。 空气动力特性　　升力&　空气动力在飞行器纵向对称平面内垂直于飞行方向的、向上的分量。是飞行器产生升力的主要部件。当飞行方向与机翼翼弦有一夹角（称为迎角或攻角）时，作用于机翼下表面的压力大于作用于机翼上表面的压力，从而产生升力。飞行器的和水平尾翼也能产生部分升力。 　　阻力&　与飞行方向相反的空气动力分量。由空气粘性引起的作用在飞行器表面上的切向力所产生的阻力分量称为表面摩擦阻力。它的大小与飞行器表面的状态有关，湍流边界层的表面摩擦阻力较大。流线型飞行器以亚音速飞行时，表面摩擦阻力是主要的。由于粘性引起边界层的存在，飞行器表面的压强分布在阻力方向有个分量，称为。非流线型飞行器以亚音速飞行时形状阻力是主要的。以跨音速或超音速飞行时在飞行器周围会出现。飞行器表面的压强分布在阻力方向上有个分量，称为波阻力，简称波阻，它与激波所耗散的能量直接有关，在升力为零时所产生的波阻力称为零升波阻力。在和低超音速飞行时零升波阻力是主要的,随着飞行马赫数(M)的增大,零升波阻力所占比重逐渐减少，而与升力有关的波阻力则逐渐增大而变为主要阻力。当机翼产生升力时，从机翼后缘向下游拖出尾涡（见），使沿机翼表面的压强分布在阻力方向有个分量，称为诱导阻力，它与尾涡所带走的能量直接有关。 　　形状阻力与表面摩擦阻力之和称为型阻力，简称型阻。伴随着升力而出现的阻力称为升致阻力，它包括诱导阻力、与升力有关的那部分波阻力和由于升力增加而引起形状阻力的增量。除升致阻力外，那些与升力无关的阻力之总和称为废阻力。降低飞行器各种阻力是提高飞行器性能的关键。 　　侧力&　作用于飞行器上的空气动力在垂直于升力和阻力方向上的分量。一般规定指向右翼的侧力为正值。侧力是侧滑角所引起的，侧滑角即飞行方向与飞行器对称面之间的夹角。 　　升力与阻力之比称为飞机的升阻比或称气动效率。升阻比越大，飞机等速飞行时所需要的发动机推力越小。现代亚音速飞机的最大升阻比可达10～20，超音速飞机的最大升阻比约为此值的一半。 　　空气动力力矩&　空气动力对飞行器重心（或其他力矩参考点）的力矩，沿机体坐标轴系可分解成俯仰力矩、滚转力矩和偏航力矩三个分量（图2 ）。 空气动力特性　　俯仰力矩&　空气动力对飞行器横轴z的力矩,它主要是由升力和阻力所引起的。一般规定使机头抬起的俯仰力矩为正值。 　　滚转力矩&　空气动力对飞行器纵轴x的力矩,它通常是由偏转所产生的不对称升力所引起的。使右翼尖向下运动的滚转力矩规定为正值。 　　偏航力矩&　空气动力对飞机立轴y的力矩,它主要是由侧力引起的，使机头向飞行员左方偏转的偏航力矩规定为正值。 　　空气动力系数&　将空气动力和空气动力力矩分别除以1/2ρV2S和1/2ρV2SL所得到的无量纲值。这里ρ 是飞行高度上的大气密度,V是飞行速度,S是飞行器的特征面积（对飞机一般取机翼的平面面积作为S），L是飞行器的特征长度，对俯仰力矩系数一般取机翼的长bA(见)，对滚转力矩系数和偏航力矩系数一般取翼展l。 空气动力和空气动力力矩各有3个分量，因此相应就有6个空气动力系数：升力系数Cy、阻力系数Cx、侧力系数Cz、俯仰力矩系数mz、滚转力矩系数mx和偏航力矩系数my。 　　相似理论（见）证明，空气动力系数仅与飞行器的外形、飞行姿态、飞行雷诺数、飞行马赫数等有关。因此，两个几何相似的飞行器只要飞行姿态、飞行马赫数、飞行雷诺数相同，它们的空气动力系数就是相同的。因此，利用飞行器模型在内所测出的空气动力系数经过必要修正后，就可用来估算作用在大气中飞行的真实飞行器上的空气动力和空气动力力矩。 　　参考书目 　B. W. McCormick, Aerodynamics, Aeronautics & Flight Mechanics,John Wiley & Sons,New York,1979.&
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什么是沸腾?什么是力矩?什么是动能?什么是空气动力?
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沸腾：液体内部和表面进行的剧烈汽化力矩：力矩可以被想象为一个旋转力或角力,导致出旋转运动的改变.这个力定义为线型力乘以径长.动能：物体因为运动具有的能量我只知道空气动力学空气动力学是力学的一个分支,它主要研究物体在同气体作相对运动情况下的受力特性、气体流动规律和伴随发生的物理化学变化.它是在流体力学的基础上,随着航空工业和喷气推进技术的发展而成长起来的一个学科.}