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李幼兰主编《空气动力学和维护技术基础》课件

作者:ManBetX体育官网 发布时间:2020-08-10 17:45 点击数:

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  空气动力学基础 民用航空器维修基础系列教材 李幼兰《空气动力学和维护技术基础》 课件制作人:破晓 第一章 大气物理学 主要内容: 1.1 大气的重要参数 1.2 大气层的构造 1.3 国际标准大气 1.4 气象对飞行的影响 1.1 大气的重要物理参数 1. 大气密度 ? 【大气密度】指单位体积内的空气质量,国际单位:kg/m3 。 公式表示: m ?? V ?大气层密度分布规律:大气密度随高度 增加而减小, 22000ft ( 6.7km )高度的 大气密度为海平面大气密度的1/2。 1.1 大气的重要物理参数 2. 大气温度 ? 【大气温度】大气层内空气的冷热程度,常用单位:摄氏温度(?C)、 华氏温度(?F)、热力学温度(?K) TC ? ?TF ? 32?? 5 / 9 TK ? TC ? 272.15 温度高低表征空气分子平均动能的大小。 ?大气层温度分布规律:在大约11km高度以下的大气层内,随高度 增加温度下降。 1.1 大气的重要物理参数 3. 大气压力 ? 【大气压力】大气层内空气的压强,国际单位:Pa(N/m2)。 ? 大气压强产生原因:1)空气重力;2)空 气分子不规则的热运动; ?大气层压强分布规律:在大气层内,随高 度增加压强减小。 1.1 大气的重要物理参数 4. 黏性 ? 【黏性】黏性是流体的固有属性,当流体内相邻两层之间流速不同, 或流体与物体间发生相对运动时,两流层接触面上或流体和物体接触 面上便发生相互牵扯的力,这种特性就是流体黏性。 ?【牛顿黏性定律】黏性切应力与两层流体间的相对速度成正比,与 两层流体间距离成反比,即: 1.1 大气的重要物理参数 ? yx du ?? dn du F ?? ?S dn —μ 为动力黏性系数(或黏性系数),量纲为kg/(m?s);S为接触面面积 所以,流体黏性力为: 满足牛顿粘性定律的称为牛顿流体(水、空气),不满足的为非牛顿 流体(水银、血液)。 1.1 大气的重要物理参数 ? 黏性系数随温度变化规律: 流体黏性变化原因:气体产生黏性, 主要是气体分子不规则运动造成各 流层之间的动量交换;而液体产生 黏性,主要是液体分子间的分子力 作用。 ? 没有黏性的流体称为理想流体。 1.1 大气的重要物理参数 5. 压缩性 ?【压缩性】一定量的空气,在压力或温度变化时,其体积和密度也 发生改变的特性称为压缩性;而抵抗压缩变形的特性称为弹性。 压缩性系数:为单位压强差所产生的单位比体积增量: ?p ? ? dV V , dp ( 1 ) 2 N /m 体积弹性模量:为压强增量与单位比体积增量之比: E?? dp dp 1 ?? ? , dV V d? ? p ( N / m2 ) 整个课程课件花了作者近1个月时间,请大家支持原创!! 您的支持是我为大家提供更好服务的动力源泉 完整课件:请加微信号:JX_DXT 1.1 大气的重要物理参数 6. 声速(音速) ?【声速】小扰动在介质中的传播速度。国际单位:m/s dp E a ? ? d? ? 2 在该介质中弹性模量越大,该介质就越不易压缩,声速越大,因此声 速大小可以看成是介质可压缩性大小的一个指标。 1.1 大气的重要物理参数 在绝热可逆(等熵)过程: p ?c ? ? ? a ? ?RT 2 ? ? ? 完全气体: ? ? 1.4,R ? 287.05J ?kg ? K ? 在大气层中,随高度的增加,大气温度下降,声速也随之降低。 1.1 大气的重要物理参数 7. 湿度 ?【湿度】大气的潮湿程度称为湿度,常用相对湿度表示。 ?【相对湿度】指大气中所含水蒸气的量与同温度下大气中所能含有 的水蒸气最大量之比。当相对湿度为100%时,说明当下大气中水蒸 气处于饱和状态。 ?【露点温度】大气的相对湿度为100%时的温度。 湿度越大,空气的密度就越小,飞机的起飞距离就越长。 1.2 大气层的构造 大气层分五层: 对流层,平流层(同温层),中间层,电离层,散逸层 1. 对流层:由地面到距地面约11km范围,赤道处高约17km,两极处低 约7~8km 特点: 1)大气质量的3/4和全部水蒸气集中在这一层; 2)气象最为复杂,有:云、雨、雪、雹等现象; 3)有水平方向和铅垂方向阵风; 4)物理参数(压强、密度、温度、声速)随高度增加而降低。 1.2 大气层的构造 2. 平流层(同温层):由对流层顶部到距地面约50km范围 特点: 1)平流层下半部分(对流层顶部到距地面约20km),大气温度不 随高度变化,常年平均值为-56.5?C;然后随高度增加温度上升, 到平流层顶部温度在0?C左右; 2)没有空气对流引起的铅垂方向的风,只有水平方向的风,而且 风向稳定; 3)无云、雨、雪、雹等现象,能见度好,气流平稳,空气阻力小。 1.2 大气层的构造 3. 中间层:由平流层顶部到距地面约80km范围。 特点: 1)空气十分稀薄; 2)温度随高度增加而下降,空气在铅垂方向有强烈运动。 4. 电离层:由中间层顶部到距地面约800km范围。 特点: 1)空气十分稀薄而且处于高度电离状态,氮气、氧气分子电离成 为离子和自由电子,能吸收无线)由于空气电离释放热量,这一层温度很高,且随高度增加温度 上升; 3)由于空气密度极小,声波无法传播。 5. 散逸层:大气最外层 特点: 地心引力很小,大气分子不断向星际空间逃逸; 1.3 国际标准大气(ISA) 1.3.1 国际标准大气制定原因 实际大气层随地理位置、高度、季节、时间不同而不同,而人类 各种飞行活动与实验要比较,所以需要一个标准大气作为基准。 1.3.2 国际标准大气模型 1)大气是静止的、相对湿度为零的、洁净的完全气体: p ? ?RT 2)以海平面作为计算高度起点: h=0km,?=1.225kg/m3,p=101325Pa,T=15?C,a=340.29m/s h=0-11km: T ? 288 .15 ? 0.0065 ? h h=12-20km: dp g dp ? ? g?dh ???? ?? dh p RT p ? ?RT T ? 216 .65 K ph dp g ?p11 p ? ? RT ?11 dh ? p11 ? e ph h ? h ?11000 6341.62 1.4 气象对飞行活动的影响 1.4.1 阵风对飞机飞行的影响 【阵风】大气层中空气短时间强烈运动产生的扰动称为阵风;阵风可 分水平阵风、垂直阵风、侧向阵风。 【水平阵风】从飞机前面或从飞机后面吹来的与飞机飞行方向平行的 阵风称为水平阵风。 水平阵风对飞机飞行性能的影响:会突然改变飞机相对气流的速度, 会使飞机升力突然变大或突然减小,使飞机产生颠簸。 【垂直阵风】由下向上或由上向下吹来的垂直方向的阵风称为垂直阵 风。 垂直阵风对飞机飞行性能的影响:不但会突然改变飞机相对气流的速 度,还会改变飞机迎角;由下向上的垂直阵风使飞机相对气流速度突 然增大,迎角也突然增大;由上向下的垂直阵风使飞机相对气流速度 突然减小,迎角也突然减小;因此垂直阵风对飞机飞行性能影响比水 平阵风大。 遇到由下向上的垂直阵风时,飞机如是大迎角小速度飞行,应减小迎 角,增大速度;如是小迎角大速度飞行,可适当减小速度,增大迎角 【侧向阵风】由飞机侧面吹来的阵风称为侧向阵风。 侧向阵风对飞机飞行性能的影响:破坏飞机侧向气动力的平衡,造成 飞机左右摇晃,摆头,可通过方向舵和副翼控制。 1.4.2 风场对飞机起飞着陆性能的影响 风场对飞机起飞着陆性能影响较大:1)当沿跑道方向有风时, 飞机一般应逆风起飞或着陆;2)当在垂直跑道方向有风时,飞机起 飞离地后在空中一般采用改变航向的方法进行修正;在着陆时,一般 采用侧滑着陆;3)强烈低空风切变对起飞、着陆的飞机危害极大。 1.4.3 云对飞机飞行的影响 【积雨云】温度下降使云中所含水蒸气达到饱和状态而形成积雨云。 云对飞行影响: 1)机场上空云层过低,会影响飞行员目测着陆;2)飞机穿过积 雨云时,会受到闪电、冰雹的袭击,而且会遭遇风切变;3)飞机穿 过云层时,在飞机表面易结冰,使飞机气动性能变坏,稳定性和操纵 性变差。 本章知识点小结 1.大气物理参数: 密度、温度、压力、黏性、压缩性、湿度、声速等参数 2.大气层构造 3.国际标准大气 4.气象对飞行活动的影响: ①阵风对飞行活动的影响:水平阵风、垂直阵风、侧向阵风 ②云对飞行活动的影响:挡视线;易受雷电、冰雹袭击、表面易结冰。


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