流体力学在航空航天方面的应用

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流体力学在航空航天方面 的应用

211/05/19

什么是流体？ 什么是流体？
气体： 气体：容易压缩

能流动的物体叫流体
液体： 液体：几乎不能压缩

理想流体： 理想流体：
一种不可压缩、且无内摩擦力或粘滞性的 一种不可压缩、 无内摩擦力或粘滞性的 不可压缩

流体
粘滞性可视为流体的内摩擦力，由于粘滞性的存在要使一层 粘滞性可视为流体的内摩擦力， 流体相对于另一层流体滑动， 流体相对于另一层流体滑动，就需要力的作用液体和气体都 有粘滞性。液体的粘滞性大于气体。 有粘滞性。液体的粘滞性大于气体。

实验表明：粘滞力正比于速度梯度和面积。 实验表明：粘滞力正比于速度梯度和面积。

帕斯卡原理： 帕斯卡原理：

封闭容器内的液体任一处所受的 压力变化， 压力变化，可以传递至液体内部 其它各处，且强度不变。 其它各处，且强度不变。

流体力学在航天方面应用： 流体力学在航天方面应用：

思考： 思考：机翼的形状

（1是）平板形翼剖面，它相当于风筝的剖面，靠 是 平板形翼剖面，它相当于风筝的剖面， 迎角产生升力；（ ；（2）是典型的鸟翼剖面， 迎角产生升力；（ ）是典型的鸟翼剖面，多用于 ；（3） （ ） 早期的飞机上；（ 早期的飞机上；（ ）—（6）为上拱下略平的翼剖 气动力特别好升力大多用于亚音速飞机； 面，气动力特别好升力大多用于亚音速飞机；

其他为翼剖面上下翼形对称， 其他为翼剖面上下翼形对称，能做成薄形机 对超音速飞行有好处， 翼，对超音速飞行有好处，多用于超音速飞 机的机翼上。 机的机翼上。

当不可压缩的流体沿水平流管流动时， 当不可压缩的流体沿水平流管流动时，如 果流管各处横截面不同， 果流管各处横截面不同，流体在面积小处 加速，在面积大处减速，如河流中的水。 加速，在面积大处减速，如河流中的水。 速度的变化表明流体在水平方向受到合力 的作用。 的作用。

这表明： 这表明：流管内不同两点的压力差不仅于这 两点的高度有关，还于这两点的流速差有关。 两点的高度有关，还于这两点的流速差有关。
这个问题由伯努利于1728年首先解决。在理 年首先解决。 这个问题由伯努利于 年首先解决 想流体下其表达式为： 想流体下其表达式为：
2

p v z+ + = 常数 ρ g 2g

第一项表示单位重量的流体所具有的位势 能； 第二项表示单位重量流体的压强势能； 第二项表示单位重量流体的压强势能；

第三项表示单位重量流体具有的动能。 第三项表示单位重量流体具有的动能。

伯努利方程可叙述为： 伯努利方程可叙述为：
理想不可压缩流体在重力作用下做定常流 动时，沿同一流线(或微元束 或微元束)上各点的单 动时，沿同一流线 或微元束 上各点的单 位重量所具有有的

位势能、压强势能之和保持不变即机械能是一常数， 位势能、压强势能之和保持不变即机械能是一常数，但三 种能量之间可以相互转化。 种能量之间可以相互转化。

回到机翼形状：很容易理 回到机翼形状： 解伯努利方程。如图： 解伯努利方程。如图：

图一：上拱下略平，气动性好，升力大， 图一：上拱下略平，气动性好，升力大， 多用于亚音速飞机

图二：上下翼对称，能做成薄形机翼， 图二：上下翼对称，能做成薄形机翼， 多用于超音速飞机

图二获得相同的升力受到的 阻力小。 阻力小。

实际中， 实际中，可根据形状流体的运动的

影响设计符合

要求的机翼形状。 要求的机翼形状。

超音速飞机， 超音速飞机，突破 音速时 产生的音障 产生的音障

总结： 总结： 理想流体 帕斯卡原理 伯努利方程



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