《空气动力学基础》第9章课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,空气动力学基础,Northwestern Polytechnical University,XIAN,航天学院,空气动力学教学组,2,课程内容安排,第二章 流体力学基本原理与方程,第三章 不可压理想流体绕物体的流动,第四章 高速可压缩流基础知识,第五章 一维定常可压缩管内流动,第六章 附面层和黏性流动,第一章 流体力学基础知识,第七章绕翼型的低速流动,第八章绕翼型的可压缩流动,第九章高超声速流动基础知识,3,课程内容安排,第二章 流体力学基本原理与方程,第三章 不可压理想流体绕物体的流动,第四章 高速可压缩流基础知识,第五章 一维定常可压缩管内流动,第六章 附面层和黏性流动,第一章 流体力学基础知识,第七章绕翼型的低速流动,第八章绕翼型的可压缩流动,第九章高超声速流动基础知识,第九章 高超声速流动基础知识,4,9-2,高超声速相仿律和马赫无关原理,9-3,牛顿理论,9-1,高超声速流动特点,9-4,高超声速飞行器的气动加热和热防护,第九章 高超声速流动基础知识,5,9-2,高超声速相仿律和马赫无关原理,9-3,牛顿理论,9-1,高超声速流动特点,9-4,高超声速飞行器的气动加热和热防护,高超声速（,Hypersonic,）这一名词是钱学森先生提出的。,(,Ma,5),高超声速飞行器,具有穿越大气层的发射、上升段，大气层外的轨道飞行段,以及再入大气层的返回段的一类飞行器，如卫星，飞船，航天飞机，空天飞机和弹道式导弹等；,在大气层内以高超声速飞行的飞机和导弹。,高超声速概念,6,第九章 高超声速流动基础知识,9-1,高超声速流动特点,1,流场非线性性质：,2,薄的激波层,：,激波与飞行器表面之间的流动区域,激波层,扰动速度小的变化会引起参数剧烈变化，,从而流场参数不再是小扰动线化理论了,高超声速流动特征,7,第九章 高超声速流动基础知识,9-1,高超声速流动特点,3,钝体弓形激波引起很大熵梯度：,弓形激波,正激波,熵增量,飞行器前缘钝体,4,无粘流与边界层之间存在强干扰,8,高超声速流动特征,第九章 高超声速流动基础知识,9-1,高超声速流动特点,3,钝体弓形激波引起很大熵梯度：,弓形激波,正激波,熵增量,飞行器前缘钝体,4,无粘流与边界层之间存在强干扰,9,高超声速流动特征,第九章 高超声速流动基础知识,9-1,高超声速流动特点,10,高超声速流动特征,5,激波层内高温和真实气体效应,强烈压缩导致温度剧增,不成立,不为常数,偏离完全气体假设,真实气体效应,气动性能,气动热,电磁环境,第九章 高超声速流动基础知识,9-1,高超声速流动特点,11,第九章 高超声速流动基础知识,9-1,高超声速流动特点,高超声速流动特征,6,严重气动加热,气体微团动能,热能,传热到壁面,气动加热,高空飞行,密度低,自由,分子流区,速度滑移条件,温度跳跃条件,附面层内气流受阻滞,7,低密度效应,第九章 高超声速流动基础知识,12,9-2,高超声速相仿律和马赫无关原理,9-3,牛顿理论,9-1,高超声速流动特点,9-4,高超声速飞行器的气动加热和热防护,马赫无关,13,第九章 高超声速流动基础知识,9-2,高超声速相仿律和马赫无关原理,高超声速绕流中的激波和膨胀波关系式,气流经过斜激波后参数变化,马赫无关,14,第九章 高超声速流动基础知识,9-2,高超声速相仿律和马赫无关原理,高超声速绕流中的激波和膨胀波关系式,求解舍,去负值,马赫无关,15,第九章 高超声速流动基础知识,9-2,高超声速相仿律和马赫无关原理,高超声速绕流中的激波和膨胀波关系式,气流经过膨胀波后参数变化,求解舍,去负值,由膨胀波前后压强关系,16,第九章 高超声速流动基础知识,9-2,高超声速相仿律和马赫无关原理,高超声速绕流中的激波和膨胀波关系式,马赫无关,17,第九章 高超声速流动基础知识,9-2,高超声速相仿律和马赫无关原理,激波膨胀波,高超声速相仿律,高超声速相仿参数,气动系数,两个放射相似翼剖面,高超声速,相仿律,马赫无关,18,第九章 高超声速流动基础知识,9-2,高超声速相仿律和马赫无关原理,马赫无关原理,引入函数,小结：,（,1,）激波、膨胀波后的压强系数 取决于 ，非线性关系；,（,2,）激波膨胀波后的压强系数与 无关，马赫无关原理。,第九章 高超声速流动基础知识,19,9-2,高超声速相仿律和马赫无关原理,9-3,牛顿理论,9-1,高超声速流动特点,9-4,高超声速飞行器的气动加热和热防护,20,第九章 高超声速流动基础知识,9-3,牛顿理论,牛顿公式,这些质点与物面碰撞后相对于物面的法向动量损失转换为对物体的作用，切向动量不变。,假设：流动介质由一系列均布的、彼此无关的运动质点组成,流体质点不能直接碰撞到表面,(,称遮蔽面,),的压力为零。,1687,年,牛顿,自然哲学的数学原理,中提出了一种流体动力学理论,21,第九章 高超声速流动基础知识,9-3,牛顿理论,牛顿公式,法向速度的改变,入射到面积为,A,的板上的质量通量,动量改变率,牛顿第二运动定律,流体动量关系式,22,第九章 高超声速流动基础知识,9-3,牛顿理论,牛顿公式,二维物体,三维物体,来流与物面切线方向夹角,来流与物面内法线方向夹角,背风面,23,第九章 高超声速流动基础知识,9-3,牛顿理论,修正牛顿公式,是钝头体在正激波后驻点处的压强系数,考虑 和 综合影响,（,1,）该修正不再马赫无关；,（,2,）该修正对钝头体计算比牛顿公式更精确。,24,第九章 高超声速流动基础知识,9-3,牛顿理论,绕翼型的空气动力系数表达式,（,1,）平板翼型,其他声速线化理论比较,25,第九章 高超声速流动基础知识,9-3,牛顿理论,绕翼型的空气动力系数表达式,（,2,）等腰三角形翼型,与平板翼型相同,26,第九章 高超声速流动基础知识,9-3,牛顿理论,绕翼型的空气动力系数表达式,（,3,）菱形翼型,26,27,第九章 高超声速流动基础知识,9-3,牛顿理论,绕翼型的空气动力系数表达式,27,小结：翼剖面气动参数取决于 ，马赫无关,非线性特点,下表面平直构型升阻比较高,第九章 高超声速流动基础知识,28,9-2,高超声速相仿律和马赫无关原理,9-3,牛顿理论,9-1,高超声速流动特点,9-4,高超声速飞行器的气动加热和热防护,29,第九章 高超声速流动基础知识,9-4,高超声速飞行器的气动加热和热防护,驻点热流计算,Fay-Riddell,公式,球驻点热流量,表示边界层外缘,柱体驻点热流量,绝热壁焓值,边界层外缘无黏流总焓值,物面焓值,Anderson,公式,头部钝体,30,第九章 高超声速流动基础知识,9-4,高超声速飞行器的气动加热和热防护,表面热流计算,恢复温度,壁面温度,热交换系数或传热系数,单位为焦耳,/,米,2,秒,度,普朗特数,摩擦力系数,定压比热容,重力加速度,附面层内密度,边界层外缘的速度,参考温度,31,第九章 高超声速流动基础知识,9-4,高超声速飞行器的气动加热和热防护,高超声速飞行器的热防护,2,选用耐高温的合金材料来制造飞行器的结构部件,1,选择合理气动外形，减小气动加热量,3,加隔热和防热装置来减少传给飞行器的热量,4,大面积防热与关键部位防热,5,主动防热与被动防热,6,热结构一体化设计,(,热密封,),32,第九章 高超声速流动基础知识,9-4,高超声速飞行器的气动加热和热防护,高超声速飞行器的,布局,翼,/,体构型,所有前缘都有附体激波，下表面高压不会通过前缘绕到上表面,.X-43A,锥形体,融合外形,组合外形,乘波体,升力体,无机翼，三维翼身融合体,X-33,一体化多学科优化设计（内外流一体化）,第九章 高超声速流动基础知识,33,（,1,）高超音速时绕流特点；,（,2,）高超声速相仿律和马赫无关原理；,（,3,）牛顿公式。,Thanks for your attention!,