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1、1第二章第二章 飞行器的飞行原理飞行器的飞行原理2本章内容概要本章内容概要飞行环境流体流动的基本规律飞机上的空气动力作用及原理高速飞行的特点飞机的飞行性能、稳定性和操纵性直升机的飞行原理火箭飞行原理航天器飞行原理32.1 2.1 飞行环境飞行环境2.1.1 大气飞行环境包围地球的空气层是航空器唯一的飞行活动环境，也是导弹和航天器的飞行环境。以大气中温度随高度的分布为依据，可将大气层分为对流层、平流层、中间层、热层和散逸层。按照大气成分的均一性质划分，可将大气层分为均质层（从地面至约90km高度）和非均质层（90km以上高度）。4地球大气环境52.1.2 2.1.2 近地空间环境近地空间环境（一
2、）真空环境（二）热环境 空间热源来自太阳的直接辐射、太阳热辐射被地球表面的反射（即地球反照）和地球本身的热辐射。（三）磁环境 地球本身具有较强的磁场，影响范围向上可达数万公里。（四）辐射环境 太阳电磁辐射：各种波长的电磁波、除可见光外，还有红外线、紫外线、X射线。地球辐射带：地球磁场捕获的带电粒子聚集而形成辐射能带。太阳宇宙线：太阳发生耀斑时发射出来的高能带电粒子，俗称“太阳风”。银河宇宙线：来自银河系的高能带电粒子。62.1.2 2.1.2 近地空间环境（续）近地空间环境（续）卫星的受热状态“太阳风”对地球磁场的影响82.1.2 2.1.2 近地空间环境（续）近地空间环境（续）近地空间环境由
3、多种环境组成，其中对航天活动存在较大影响的环境因素主要包括太阳电磁辐射、地球中性大气、地球电离层、地球磁场以及空间带电粒子辐射。空间环境对航天器的影响表现为一种综合效应，即一个环境参数可以对航天器产生多方面的影响，一个航天器状态也会受到多种环境因素的作用。92.1.2 2.1.2 近地空间环境（续）近地空间环境（续）112.1.3 2.1.3 国际标准大气国际标准大气国际标准大气是由国际性组织颁布的一种“模式大气”。它依据实测资料，用简化方程近似地表示大气温度、密度和压强等参数的平均铅锤分布。各地的实际大气参数与国际标准大气之间存在差别。国际标准大气有如下规定：大气被看成完全气体，服从气体的状
4、态方程；以海平面的高度为零高度。在海平面上，大气的标准状态为：气温为15，压强为一个标准大气压，密度为1.225kg/m3，声速为341m/s。122.1.4 2.1.4 大气的物理性质大气的物理性质大气的状态参数和状态方程对一定数量的气体，它的压强p、温度T和密度这三个参数就可以决定它的状态。其中，T为大气的绝对温度（单位K）R为气体常数，对于空气其值为287.05J/kgK。13连续性假设：空气不是分子组成的，而是由连续介质构成。假设成立条件：飞行器的尺寸远远大于空气分子的平均自由行程（一个空气分子经一次碰撞后到下一次碰撞前平均走过的距离）。2.1.4 2.1.4 大气的物理性质（续）大气
5、的物理性质（续）142.1.4 2.1.4 大气的物理性质（续）大气的物理性质（续）粘性（viscosity）大气的粘性是相邻大气层之间相互运动时产生的牵扯作用力，也叫大气的内摩擦力。不同流体的粘性是不同的。流体粘性的大小可以用内摩擦系数来衡量。流体的粘性和温度是有关系的。152.1.4 2.1.4 大气的物理性质（续）大气的物理性质（续）式中,是流体的内摩擦系数或称为动力粘度系数，为内摩擦剪应力。不考虑粘性作用的流体称为理想流体，即趋于零的流体。162.1.4 2.1.4 大气的物理性质（续）大气的物理性质（续）压缩性(compressibility)流体的压缩性是当压力或温度改变时，流体改
6、变自己体积或密度的性质。一般认为液体是不可压缩的，而气体是可压缩的。声速(sound speed)声波在流体中的传播速度，单位m/s.流体的可压缩性越大，声速越小；流体的可压缩性越小，声速越大。在大气中,声速的计算公式为 172.1.4 2.1.4 大气的物理性质（续）大气的物理性质（续）马赫数（mach number）v是远前方来流的速度（即飞行速度）；c是飞行高度上的大气中的声速。低速飞行:Ma 0.4;可忽略流体的压缩性。亚声速飞行：0.4Ma 0.85跨声速飞行:0.85Ma 1.3超声速飞行:1.3 5.0182.2 2.2 流动气体的基本规律流动气体的基本规律2.2.1 相对运动原
7、理19补充概念流线、流面、流管流线(stream line)：流场中可以绘制出许多称为流线的线，在每一流线的各点上，它的切线方向就是该点处流体微团的流动速度方向。流面：在流场中，取一条不是流线的曲线OS.在同一瞬时通过OS上所有点做流线，这些紧密相连的流线构成一流动表面，称为流面。流管(stream tube)：在流场中通过一条封闭曲线的所有流线形成的管，且每一条流线与该封闭曲线只有一个交点。20 补充概念补充概念 流量流量单位时间内流过流管横截面的流体质量称为流量。qm为 流体的流量，为流体的密度，v为流速，A为流管的横截面积。212.2.2 2.2.2 流体流动的连续性定理流体流动的连续性
8、定理对于不可压缩流体222.2.3 2.2.3 伯努利定理伯努利定理流体在容器和管道中的流动情况23（1）不可压缩（低速）理想流体（不考虑流体粘性）沿流管作定常流动时的伯努利定理2.2.3 2.2.3 伯努利定理（续）伯努利定理（续）24补充知识：定常流动补充知识：定常流动(steady flow)(steady flow)与与非定常流动非定常流动(unsteady flow)(unsteady flow)在流场的任一点处，如流体微团的速度、密度和压力等随时间变化，称为非定常流动；反之称为定常流动。25(2)(2)可压缩流体的伯努利方程可压缩流体的伯努利方程 Bernoullis equati
9、on for compressible flowBernoullis equation for compressible flow 对于可压缩流体，随着流速的变化，不仅静压将变化，而且流体的温度和密度都将变化。可压理想流体沿流管作定常流动时的伯努利方程温度不太高时，=1.4,26（3 3）伯努利定理的应用）伯努利定理的应用-空速管的测速原理空速管的测速原理驻点b处测得总压p0,静压孔c处测得静压pc272.2.4 2.2.4 低速气流的流动特点低速气流的流动特点对于收缩管道，气流的流速增加而气流的静压减小；对于扩张流道，气流的流速减小而气流的静压增加。282.2.5 2.2.5 高速气流的流动特点高速气流的流动特点高速气流与低速气流最根本的区别在于高速气流需要考虑空气的可压缩性。对于超声速气流，若A21，v2p1,反之，若A2A1,则2v1,p2p1。v2v129 在亚声速气流中，速度增加得较快，密度减小得较慢，速度变化的影响占主导地位；而在超声速气流中，流速增加得慢而密度减小得快，空气密度的变化占主导地位。30 要使气流由亚声速加速成超声速，除了沿气流运动的方向有一定的压力差外，还应具有一定的管道形状，这就是先收缩后扩张的拉瓦尔喷管形状。31