空气动力学复习题Word格式文档下载.docx

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（不可压流）。

6．图1-7为一翼剖面的流谱，设A1=0.001米2，A2=0.0005米2，A3=0.0012米2，V1=100米/秒，P1=101325帕斯卡，ρ=225千克/米3。

求V2、P2；

V3、P3。

图1-7一翼剖面流谱

P1+=P2+=P3+

V1A1=V2A2=V3A3

V2=200米/秒

P2=-3273675帕斯卡

V3=83米/秒

P3=445075帕斯卡

7.何谓空气的粘性？

空气为什么具有粘性？

空气粘性——空气内部发生相对运动时，相邻两个运动速度不同的空气层相互牵扯的特性。

其原因是：

空气分子的不规则运动所引起的动量交换。

8．写出牛顿粘性力公式，分析各因素对粘性力是怎样影响的？

牛顿粘性力公式为:

S面积，在Y方向的速度梯度变化，粘性系数

9．低速附面层是怎样产生的？

分析其特性。

空气流过物体时，由粘性作用，在紧贴物体表面的地方，就产生了流速沿物面法线方向逐渐增大的薄层空气。

这薄层空气称为附面层。

沿物面各点的法线上，速度达到主流速度的99%处，为附面层边界。

附面层的性质

1.空气沿物面流过的路程越远，附面层越厚；

2.附面层内沿物面法线方向各点的压力不变,且等于主流的压力。

层流附面层——分层流动，互不混淆，无上下

乱动现象，厚度较小，速度梯

度小；

紊流附面层——各层强烈混合，上下乱动明显，

厚度较大，速度梯度大。

转捩点——层流附面层与紊流附面层之间的一

个过渡区，可看成一个点。

10．顺压梯度和逆压梯度是如何形成的？

分别如何影响主流和附面层气流的？

图1-6附面层的分离

图1-5翼型表面主流的压力变化

E点——最低压力点

E点之前——顺压梯度

E点之后——逆压梯度

由机翼表面摩擦力而使气流速度增量减小，从而产生速度顺压梯度变化。

机翼表面摩擦力进一步增大，产生逆压，致使气流反向流动，从而产生速度逆压梯度变化。

11．什么叫气流分离？

气流分离的根本原因是什么？

在逆压梯度段，附面层底层的空气受到摩擦和逆压的双重作用，速度减小很快，至S点速度减小为零，附面层底层的空气在逆压的继续作用下，开始倒流，倒流而上与顺流而下的空气相遇，使附面层拱起，形成分离（S点为分离点）。

第二章飞机的低速空气动力特性

1.常用的飞机翼型有哪几种？

说明弦长、相对弯度、最大弯度位置、相对厚度、最大厚度位置、前缘半径和后缘角的定义？

翼型几何参数：

1.弦长（b）

翼型上下表面内切圆圆心的光滑连线称为中线。

中弧线的前端点，称为前缘；

后端点，称为后缘。

前缘与后缘的连线叫翼弦，其长度叫弦长或几何弦长。

2.相对弯度（）

翼型中弧线与翼弦之间的距离叫弧高或弯度（f）。

最大弧高与弦长的比值，叫相对弯度。

相对弯度的大小表示翼型的不对称程度。

3.最大弯度位置（）

翼型最大弧高所在位置到前缘的距离称为最大弯度位置。

通常以其与弦长的比值来表示。

4.相对厚度（）

上下翼面在垂直于翼弦方向的距离叫翼型厚度（ｃ）。

翼型最大厚度与弦长的比值，叫翼型的相对厚度。

5.最大厚度位置（）

翼型最大厚度所在位置到前缘的距离称为最大厚度位置。

通常以其与翼弦的比值来表示。

6.前缘半径（r）

翼型前缘处的曲率半径，称为前缘半径。

7.后缘角（τ）

翼型上下表面围线在后缘处的切线之间的夹角，称为后缘角。

2.常用的机翼平面形状有哪几种？

说明机翼面积、展长、展弦比、根尖比和后掠角的定义？

常用的几种机翼平面形状：

1.机翼面积（Ｓ）

襟翼、缝翼全收时机翼在ＸＯＺ平面上的投影面积所占的那部分面积（一般包括机身）。

波音737：

Ｓ＝105.4米2

2.展长（Ｌ）

机翼左右翼端（翼尖）之间的距离。

波音737：

Ｌ＝28.91米

3.展弦比（λ）

展长与平均弦长（ｂav）之比。

歼击机：

2～5

轰炸、运输机：

7～12

滑翔机、高空侦察机：

16～19

λ＝8.83

4.根尖比（η）

翼根弦长（bx）与翼尖弦长（bt）之比。

η=bx/bt

矩形翼η=1

三角翼η=∞

初教六η=2

歼教八η=2.15

5.后掠角（χ）

机翼上有代表性的等百分弦线（如前缘线、１／４弦线、后缘线等）在ＸＯＺ平面上的投影与ＯＺ轴之间的夹角。

后掠角大小表示机翼向后倾斜的程度。

一般常用1／4弦线后掠角作为机翼的后掠角。

3.说明迎角的物理意义？

迎角的概念

定义：

翼弦与相对气流方向之间的夹角。

（用α表示）

正负:

相对气流方向指向机翼下表面，迎角为正；

指向机翼上表面，迎角为负；

相对气流方向与翼弦平行，迎角为零。

4．以双凸翼型为例，说明迎角对流谱的影响，并根据翼型的流谱画图分析翼型升力的产生。

翼升力的作用点叫机翼压力中心。

飞机各部分升力的总和就是飞机的升力。

飞机升力的作用点，叫飞机压力中心。

上表面→弯曲大→流管变细→流速快→压力小

空气流过机

翼上下表面

下表面→弯曲小→流管变粗→流速慢→压力大

→压力差（△P）垂直相对气流方向总和→Y翼

5．何谓剩余压力、正压力、吸力和压力系数？

分别用矢量表示法和坐标表示法画出翼型压力系数分布示意图。

压力系数——剩余压力与远前方气流动压的比值。

剩余压力——测量点静压与大气压力的差值。

表示方法

矢量表示法

2-11用矢量法表示的翼型压力

线段的方向——箭头向外为吸力；

箭头向里为正压力。

坐标表示法

6.写出升力公式，说明公式中各项的物理意义。

升力公式

Ｃy——升力系数

ρ——空气密度

Ｖ——远前方气流速度

Ｓ——机翼面积

Ｃy——综合表达了翼型、迎角和气流M数对升力影响的无因次数值。

7．影响机翼升力大小的因素有哪些？

各是怎样影响的？

说明升力系数的物理意义。

影响升力的因素：

迎角对升力的影响

α<

α临,α↑→Y翼↑

其它因素不变时

α>

α临,α↑→Y翼↓

Y大小变

α变α<

α临――压力中心前移

压力中心变,α↑

α>

α临――压力中心后移

翼型对升力的影响

其它因素不变时，翼型形状不同，升力不同:

平凸翼型Cy最大;

双凸翼型次之;

对称翼型最小。

总之，翼型形状对升力的影响其它因素不变时，翼型形状不同，升力不同，平凸翼型Cy最大;

相对气流动压对升力的影响：

其它因素不变时，动压大→Y大。

8．画出升力系数曲线示意图。

说明α0、αcr、Ｃymax的含义及影响因素。

升力系数曲线——飞机升力系数随迎角变化的曲线。

机翼翼型升力系数曲线

零升迎角（α0）——升力系数为零的迎角。

影响因素

★相对弯度

相对弯度增加，α0↓

★增升装置

增升装置放下，α0↓

★地效

有地效影响，α0↓

临界迎角（αcr）和最大升力系数（Ｃymax）

影响Ｃymax的因素

★相对弯度

相对弯度大，Ｃymax大

★最大弯度位置

最大弯度位置15％时最大

★相对厚度

过大过小Ｃymax都会减小

相对厚度9～14％时最大

★前缘半径

前缘半径大，Ｃymax较大。

无地效，收起落架、襟翼时

9．什么是摩擦阻力，压差阻力和诱导阻力？

分别分析其产生原因。

摩擦阻力——

气流与飞机表面发生摩擦形成的阻力。

产生原因

附面层底层存在法向速度梯度→摩擦力→方向与飞机面相切

各处摩擦力在相对气流方向上投影的总和即为飞机的摩擦阻力。

紊流附面层——摩擦阻力大。

压差阻力——

有空气粘性间接造成的一种压力形式的阻力。

产生原因

空气粘性作用导致机翼前后压力不等形成的阻力——机翼的粘性压差阻力，机身、尾翼等其它部分也会产生压差阻力，飞机各部分压差阻力的总和就是飞机的压差阻力。

诱导阻力——诱导阻力是伴随升力而产生的阻力。

既由升力诱导而产生的阻力。

产生原因：

升力

上表面压力小，下表面压力大，下表面空气绕过翼尖流向上表面

→上下翼面空气流出后缘时具有不同流向，形成旋涡→形成翼尖涡→形成向下速度（下洗速度）→使流过机翼的空气发生变化（相对气流速度和下洗速度的合速度方向流动，向下倾斜）→下洗流→使升力向后倾斜一个角度（实际升力Y′）→垂直分力（Y′cosε）——升力（有效升力）；

平行分力（Y′sinε）——阻力——诱导阻力（Xi）。

10．写出阻力公式，说明阻力系数的物理意义。

影响阻力大小的因素有哪些？

阻力公式

Ｃx——阻力系数。

翼型阻力系数。

综合表达了机翼迎角、翼型和机翼表面光滑程度等因素对阻力的影响。

迎角对压差阻力和诱导阻力的影响

①摩擦阻力基本不随迎角变化。

②压差阻力：

中、小α——变化不大；

大α——明显增大；

α﹥α临——急剧增大。

③诱导阻力：

在α临范围内——α增加Xi迅速增加。

翼型和机身形状对压差阻力的影响

平凸型——较大

①翼型不同，压差阻力不同双凸型——较小

对称型——最小

尖头尖尾——最小

②机身形状不同，压差阻力不同纯头——较大

切尾旋成体——最大

展弦比对诱导阻力的影响

①同翼面积——展弦比小（短而宽），诱导阻力大；

②翼平面形状——其它条件相同椭圆翼诱导阻力最小,矩形翼诱导阻力最大

11.什么是翼尖效应和翼根效应？

说明后掠翼和平直翼低速空气动力特性不同的基本原因。

流线左右偏斜，影响机翼的压力布

“翼根效应”

小

翼根上表面前段，流线向外偏斜，流管变粗→流速增加不多，压力减小不多→吸力减小；

后段，流线向内偏斜，流管变细→速度增加，吸力增加。

流管最细的位置后移，最低压力点后移。

翼根效应使翼根部分平均吸力减小，升力系数减小。

翼根效应----最低压力点后移，平均吸力↓，Cy↓。

“翼尖效应”

翼尖上表面前段，流线向外偏，流管变细→速度增加，压力减小→吸力增加；

后段，流线向内偏斜，流管变粗→速度减小→吸力减小。

流管最细的位置前移，最低压力点前移。

翼尖效应使翼尖部分平均吸力增大，升力系数增大。

翼尖效应----最低压力点前移，平均吸力↑，Cy↑。

故后掠翼低速空气动力特性不同于平直翼的基本原因：

⑴后掠翼空气动力主要取决于有效分速；

⑵后掠翼的翼根效应和翼尖效应影响后掠翼压力分布。

总之，后掠翼与平直翼相比：

1.后掠翼没到临界迎角之前，会较早抖动；

2.α抖、α临界及Ｃy抖、Cymax差别较大。

3.后掠翼在临界迎角附近，Ｃy变化缓和。

12．何谓升阻比和极线？

画出升阻比和极曲线示意图，说明升阻比和极线随迎角的变化规律，并解释原因。

说明曲线用途。

升阻比（Ｋ）——同一迎角下升力与阻力的比值。

升阻比越大，说明同一迎角下的升力比阻力大的倍数越多，或同一升力下的阻力越小。

从曲线看出，

α<

α有→α↑，k↑

α>

α有→α↑，k↓

α=α有→kmax

同一机型的飞机，翼型不变,低速飞行时，升力系数和阻力系数只随迎角变化，所以升阻比也随迎角变化。

有利迎角——升阻比最大的迎角。

飞机极线

以横坐标表示阻力系数，纵坐标表示升力系数，迎角为参变量，把升力系数和阻力系数随迎角变化的规律用一条曲线表示出来，这条曲线叫做飞机极线，也称极曲线。

飞机极线综合表达了飞机空气动力性能随迎角（或升力系数）变化的规律。

飞机极线的用途

⒈可查出该型飞机的零升迎角、临界迎角、有利迎角及其对应的升力系数、阻力系数值。

⒉可看出升力系数、阻力系数、升阻比随迎角的变化规律。

⒊同升力系数曲线联合使用，可查出各迎角的升力系数、阻力系数。

⒋可求出各迎角的总空气动力系数，看出各迎角总空气动力的方向。

13.说明减小升阻比的方法和在不同飞行阶段使用的原因。

略。

14.增升装置有哪些？

简要说明增升原理。

通常所说的襟翼，指的是后缘襟翼。

襟翼有简单襟翼、分裂襟翼、开缝襟翼、后退襟翼等多种形式。

另外还有前缘缝翼、机动襟翼

、喷气襟翼、附面层控制装置。

增升装置（各种襟翼）增升的基本原理是：

1.增大机翼弯度；

2.增大机翼面积；

3.增大机翼上下压力差。

15.什么是地面效应？

对飞机空气动力有什么影响？

地面效应——飞机在起飞、着陆或贴近地面飞行时，由于流经飞机的气流受到地面的影响，致使飞机的空气动力发生变化的现象称。

影响：

在一定迎角范围内，①各迎角下的升力系数普遍增大，②临界迎角减小，③最大升力系数降低。

16.说明螺旋桨拉力产生的原因。

简要分析拉力随速度、油门和高度的变化规律。

相对气流流过桨叶前桨面→流管变细，流（同机翼上表面）速加快→压力降低；

相对气流流过桨叶后桨面→流管变粗，流（同机翼下表面）速减慢→压力升高。

桨叶前后桨面压力差总和产生桨叶总空气动力（R）。

R的分力P（与桨轴平行）——拉力

Q（与桨轴垂直）——旋转阻力

拉力随飞行速度的变化

速度、拉力相互联系相互制约。

H、油门不变时V↑——P↓V↓——P↑

原因：

V↑—α↓—Q↓—n↑—φ↑—R偏斜，P减小

拉力随油门位置的变化

V、H不变时

加油门——P↑

收油门——P↓

加油门——功率↑——n↑——φ↑——α↑——P↑

拉力随飞行高度的变化

吸气式活塞发动机随着飞行高度的升高，发动机有效功率一直降低，螺旋桨的拉力也一直减小。

17.螺旋桨有哪些副作用？

对飞行有什么影响？

螺旋桨滑流

螺旋桨的滑流——螺旋桨旋转时，被螺旋桨拨动而向后加速和扭转的气流。

滑流扭转角——滑流速度与飞机远前方相对气流速度之间的夹角。

滑流扭转作用

左转螺旋桨——垂尾机身尾部产生向左的侧力——右偏力矩

右转螺旋桨——左偏力矩

滑流扭转作用的强弱与发动机功率有关。

加油门——扭转作用增强，偏转力矩增大；

收油门——偏转力矩减小。

不随飞行速度变化

Ｖ↑——滑流扭转角↓滑流动压↑——相互抵消

消除措施（飞行操纵，以初教六为例）

加油门——蹬左舵（保持方向平衡，操纵力矩=偏转力矩）

收油门——回左舵（蹬右舵）

油门不动Ｖ↑——减小蹬舵量

Ｖ↓——加大蹬舵量

加减油门时，因滑流速度变化还会导致水平尾翼的升力变化，破坏飞机的俯仰平衡，应推拉驾驶杆修正。

螺旋桨进动——当飞机俯仰转动或偏转改变螺旋桨转轴方向时，由于螺旋桨的陀螺效应使机头绕另一个轴转动的现象。

陀螺力矩

飞行条件一定时，Ｊ、Ω一定，Ｍ进正比于ω。

即飞机转动越快，陀螺力矩越大，进动作用越强。

Ｊ——转动惯量

Ω——转动角速度

ω——进动角速度

18.说明螺旋桨所需功率、有效功率和效率的物理意义。

螺旋桨旋转所需功率（N桨需）

——螺旋桨旋转所消耗的功率。

N桨需=M·

ω=βρn3D5

式中：

M——螺旋桨旋转阻力力矩

ω——螺旋桨旋转时角速度，ω=2πn（1/秒）

β——螺旋桨功率系数。

螺旋桨有效功率（N桨）（或螺旋桨推进功率）

——螺旋桨的拉力在单位时间（秒）对飞机所做的功。

N桨=PV

螺旋桨效率（η）

——螺旋桨有效功率与发动机有效功率之比。

N有效——发动机有效功率

第三章高速气流特性

1．写出音速公式，简述空气压缩性与音速之间的关系。

音速大小用下式表示：

（T高——a大；

T低a——小）

即：

气温高，空气难压缩，音速快；

反之，气温低，可轻易压缩，音速慢。

所以音速大小取决于空气的温度。

2．说明M数的物理意义。

飞行高度和速度对飞行Ｍ数有什么影响？

M数的物理意义：

气流M数大小综合表达了气流速度和音速对空气密度变化量的影响，即反映了空气压缩程度。

气流M数大，表明气流速度大或音速小，即空气压缩量大；

反之，气流M数小表明气流速度小或音速大。

即空气的压缩量小。

高度越高，空气密度越小，音速越小，飞行M数越大；

速度越快飞行M数越大。

M<

1—亚音速流；

M>

1—超音速流；

M=1—等音速流。

3．写出一维绝热流动的能量方程，并与伯努利方程进行比较。

一维绝热流动的能量方程：

上式中：

——动能；

——内能；

——压力能

表明在绝热过程中，三种能量可以相互转换，但总和保持不变。

与低速能量方程（伯努利方程）区别：

高速时：

温度、密度变化，三种能量参与转换，

低速时：

温度、密度不变，二种能量参与转变（内能不参与

转换）。

总之，高速的伯努利定理V↑—P、ρ、T都↓

V↓—P、ρ、T都↑

方程应用条件——适用于绝热、理想和粘性气流。

4．分析亚音速流和超音速流中，流管截面积与流速的关系。

要获得超音速气流为什么一定要采用拉瓦尔管？

将连续方程ρVA=常数微分得：

（1）表达了可压缩气流流管截面积相对变化量与流速相对变化量之间的关系；

（2）由式中看出：

如图3-1所示：

亚音速时，M＜1,dA与dV异号V↑→A（截面积）↓

V↓→A↑

超音速时，M＞1,dA与dV同号V↑→A↑

V↓→A↓

故亚音速气流——经过收敛形管道加速；

超音速气流——经过扩散形管道加速。

拉瓦尔管如图3-2所示。

图3-2拉瓦尔喷管

先收敛后扩散的管道，使气流加速到超音速。

5.明超音速气流流过一外凸角和外凸曲面时，膨胀波区的形成过程及膨胀波区前后气流参数的变化情形。

超音速气流通过扩张管道加速，气流外折一个角度，转折点为扰动源。

以波的形式向四周传播，扰动波不能逆气流方向向前传播，只限于以扰动波为边界的锥形内，通过波面后，流速增加，压力降低，该波面为膨胀波。

如图3-3所示。

图3-3扇形膨胀波

通过膨胀波后参数变化V↑，M↑，T↓，P↓，ρ↓

6.飞机头部激波是怎样产生的？

正激波和斜激波有什么区别？

飞机头部激波产生原因：

超音速气流受阻挡→形成强扰动波→强扰动传播速度（u）大于音速（a）而向前传播→传播时，压力减小，扰动强度减弱，扰动传播速度减小→扰动传播速度（u）等于相对气流速度（V）时——不能前传，形成界面→激波。

正激波——波面与气流方向垂直。

通过正激波P、ρ、T突↑，V突↓（由超变亚），气流方向不变。

斜激波——波面与主流方向不垂直。

通过斜激波P、ρ、T都↑，V↓（可能超可能亚），气流方向向外或向内折一角度。

7．什么是激波角？

激波角是怎样变化的？

图3-6激波前后静参数大小的比较。

图中斜激波与气流主流方向夹角为激波角。

参数变化

通过激波V↓，P↑,ρ↑,T↑

8．如图3-6所示，比较飞机在超音速飞行中，１、２、３、４点的流速、压力、密度、温度的大小，并说明原因。

图3-6激波前后静参数大小的比较

略

空气压缩气流动能转化为内能和压力势能，使温度升高，压强增大，空气密度增大、流速减小，

第四章飞机的高