第六章空氣動(dòng)力學(xué)原理

空氣動(dòng)力學(xué)原理氣流繞過(guò)物體的流動(dòng)1.勢(shì)函數(shù)的性質(zhì)1）等勢(shì)面與流線(xiàn)垂直將流場(chǎng)中速度勢(shì)相等的點(diǎn)連接起來(lái)，形成一個(gè)空間曲面，稱(chēng)為等勢(shì)面。在平面流中，稱(chēng)為等勢(shì)線(xiàn)。在等勢(shì)面上2）速度勢(shì)在任何一個(gè)方向上的偏導(dǎo)數(shù)，等于速度在該方向上的投影根據(jù)數(shù)學(xué)上方向?qū)?shù)的概念，速度勢(shì)在任意方向l上的方向?qū)?shù)為3）在勢(shì)流場(chǎng)中，沿任意封閉曲線(xiàn)的速度環(huán)量為零。2.流函數(shù)1）流函數(shù)的等值線(xiàn)與流線(xiàn)重合3.平行流就是流體質(zhì)點(diǎn)以相同的速度相互平行地作等速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。存在速度勢(shì)當(dāng)φ＝常數(shù)時(shí)，x＝常數(shù)，所以等勢(shì)線(xiàn)是x＝c的一族與y軸平行的直線(xiàn)。存在流函數(shù)平行流的等勢(shì)線(xiàn)和流線(xiàn)圖流體從平面上一點(diǎn)均勻地向四周流出，一直流向無(wú)窮遠(yuǎn)處，這樣的流動(dòng)稱(chēng)為平面點(diǎn)源。流體流出的點(diǎn)稱(chēng)為源點(diǎn)，單位時(shí)間內(nèi)流出的體積流量稱(chēng)為源強(qiáng)，用qv表示。速度勢(shì)函數(shù)4.偶極子一對(duì)等強(qiáng)度的點(diǎn)源和點(diǎn)匯距離為零時(shí)，稱(chēng)偶極子5.平行流繞圓柱體無(wú)環(huán)流流動(dòng)阻力定義粘性阻力物體前后壓力圓柱表面的壓強(qiáng)分布2、翼型受力分析

環(huán)流的存在導(dǎo)致了葉片的工作。F—翼葉上受的氣動(dòng)力，與翼弦AB垂直；FL—作用在風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)平面上升力；FD—作用在垂直風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)平面上阻力。(a)00迎角繞流(a)00迎角繞流(b)50迎角繞流翼型繞流圖畫(huà)(c)150迎角繞流(d)200迎角繞流升力與阻力(D為阻力，L為升力

)

平板與氣流方向垂直時(shí)的情況，此時(shí)平板受到的阻力最大，升力為零當(dāng)平板靜止時(shí)，阻力雖大但并未對(duì)平板做功；當(dāng)平板在阻力作用下運(yùn)動(dòng)，氣流才對(duì)平板做功；如果平板運(yùn)動(dòng)速度方向與氣流相同，氣流相對(duì)平板速度為零，則阻力為零，氣流也沒(méi)有對(duì)平板做功。一般說(shuō)來(lái)受阻力運(yùn)動(dòng)的平板當(dāng)速度是氣流速度的20%至50%時(shí)能獲得較大的功率。當(dāng)平板與氣流方向平行時(shí)，平板受到的作用力為零（阻力與升力都為零）當(dāng)平板與氣流方向有夾角時(shí)，在平板的向風(fēng)面會(huì)受到氣流的壓力，在平板的下風(fēng)面會(huì)形成低壓區(qū)，平板兩面的壓差就產(chǎn)生了側(cè)向作用力F，該力可分解為阻力D與升力L。當(dāng)夾角較小時(shí)，平板受到的阻力D較??；此時(shí)平板受到的作用力主要是升力L。截面為流線(xiàn)型的翼片阻力很小，即使與氣流方向平行也會(huì)有升力，因?yàn)橐砥戏綒饬魉俣缺认路娇?，跟?jù)流體力學(xué)的伯努利原理，上方氣體壓強(qiáng)比下方小，翼片就受到向上的升力作用。當(dāng)翼片與氣流方向有夾角（該角稱(chēng)攻角）時(shí)，升力會(huì)增大，阻力也會(huì)增大，平衡這一利弊，一般說(shuō)來(lái)攻角為8至15度較好。超過(guò)15度后翼片上方氣流會(huì)發(fā)生分離，產(chǎn)生渦流，升力會(huì)迅速下降，阻力會(huì)急劇上升。氣流作用力阻力升力升力系數(shù)阻力系數(shù)總的空氣動(dòng)力系數(shù)

對(duì)于同一種翼型（截面形狀），其升力系數(shù)和阻力系數(shù)的比值，被稱(chēng)為升阻比（k）：壓力中心

正常工作的翼片受到下方的氣流壓力與上方氣流的吸力，這些力可用一個(gè)合力來(lái)表示，該力與弦線(xiàn)（翼片前緣與后緣的連線(xiàn)）的交點(diǎn)即為翼片的壓力中心。對(duì)于普通薄翼型，在攻角在5至15度時(shí)，壓力中心約在翼片前緣開(kāi)始的1/4的位置。翼的俯仰力矩翼的俯仰力矩系數(shù)L-翼的弦長(zhǎng)(蘇紹禹)相對(duì)風(fēng)速

下圖是一個(gè)風(fēng)力機(jī)的葉片截面，當(dāng)葉片運(yùn)動(dòng)時(shí)，葉片感受到的風(fēng)速稱(chēng)為相對(duì)風(fēng)速w→，它是葉片的線(xiàn)速度（矢量）u→與風(fēng)進(jìn)葉輪前的速度（矢量）v→的合成矢量w→=u→+v→葉片翼型的空氣動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)

1、葉片翼型幾何參數(shù)：（1）翼的前緣；（2）翼的后緣；（3）翼弦；（4）翼的上表面（5）翼的下表面