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空氣動力學與飛行器設計ppt

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空氣動力學與飛行器設計ppt

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這是一個關于空氣動力學與飛行器設計ppt,主要介紹了前言。飛行中的力學現象。CFD在飛行器設計中的重要作用?諝鈩恿W研究動態等等內容。歡迎點擊下載!

人們常問的問題:
空氣動力是什么,是怎樣產生的?
重于空氣的飛行器怎么能飛?
飛行器設計中的關鍵問題是什么?
現代及未來飛行器是什么樣的?
空氣動力學的應用范圍有哪些?
、、、
主 要 內 容
前言
飛行中的力學現象
CFD在飛行器設計中的重要作用
空氣動力學研究動態
前   言
現代飛行器的主要特點
現代飛行器設計對研究方法的要求
飛行器設計的主要研究方法
現代飛行器的主要特點
民用飛行器 (貨運飛機、客運飛機等)
航程/航時長       有效載重大
運行成本低        安全性高
軍用飛行器 (運輸機、轟炸機、戰斗機等)
    機動性              隱身性            載彈量 
    抗打擊能力       進攻/防衛能力
現代飛行器的主要特點(續)
先進飛行器(戰斗機)設計特點
翼身融合設計
鴨式布局(跨、超聲速飛行器)
乘波外形設計(高超聲速飛行器)
機體/進排氣一體化設計
氣動/隱身一體化設計
綜合性能優化設計
典型飛行器演示圖片
現代飛行器設計方法的要求
周期短
成本低
可重復實驗
結果可靠
可提供飛行器設計所需的參數
飛行器設計的主要研究方法
風洞試驗:Wind-tunnel Experiment
數值試驗/模擬 : Numerical Simulation
飛行試驗:Flying Test
理論分析: Theoretical Analysis
風洞試驗
風洞實驗是實驗空氣動力學中的一個重要的研究方法。
風洞:是一種設備,利用相似準則,能夠在地面模擬飛行器在大氣中的飛行,并進行數據采集及處理。
世界上第一座風洞:1891,韋納姆
為飛行器設計及飛行試驗提供技術參數。
優點:能模擬飛行環境。
缺點:成本高、周期長、技術難度大。
風洞試驗(續)
隨著電子、激光、熱線、液晶、光導、微型傳感器等技術的發展,目前風洞試驗可以模擬飛行器的大部分飛行環境、參數及模態。如:
大氣湍流、突風、大雨、結冰等
音爆、噪聲等
氣動熱:高超聲速
垂直起落、俯仰(偏航)震蕩、搖滾、尾旋等
南航高超聲速風洞(NHW)
數值試驗/模擬
數值模擬是計算流體力學中的核心。
數值模擬:利用高性能計算機,通過數值求解流動模型的控制方程,得到全流場離散點上的流動參數,進而達到模擬流動狀態及過程的目的。
作用:
揭示流動機理
解釋流動現象
數值仿真
飛行試驗
根據數值模擬結果與風洞試驗結果,制造原形樣機,進行實際飛行,以測試飛行器的設計指標。
一般需要3~5架原型機進行實驗。
飛行中的力學現象
飛行器所受的力
飛行器所受的力矩
典型的流動現象
超機動飛行
飛行中的力學現象 飛行器所受的力
升力:又稱舉力,克服重力,抬起飛行器
阻力:含摩擦阻力、壓差阻力等
推力:推進系統提供
重力:飛行器自身重量
問題:升力/阻力是怎樣產生的?
速度與壓力的關系:伯努利公式
此式表明:當密度為定值時(不可壓流),流速越
                大的地方,壓力越小。
飛行中的力學現象 升力的產生(2)
迎角的定義
壓差阻力:由上下翼面的壓力差產生了升力,
         同時,前后翼面的壓力差會產生阻力。
摩擦阻力:由于氣流具有粘性,在物面上會出
         現剪切應力,切向應力形成摩擦力。
理想流體:無粘、不可壓流體
實際流體:有粘、可壓流體
飛行中的力學現象 空氣的粘性
實際上,空氣是有粘性的。在研究流體流動機理方面,這些粘性效應是不容忽視的。在日常生活中,由于空氣粘性很小而不容易察覺。
現實例子:河中間的河水流速比岸邊快
粘性影響下,飛行器表面的氣流應該具有與當地物面相同的速度。(在相對坐標系下,物體不動,氣流以一定的速度流過物體,此時,物面空氣質點的速度應該為零)
飛行中的力學現象 粘性效應
飛行中的力學現象 粘性效應(續)
飛行中的力學現象 飛行器所受的力矩
俯仰力矩:使飛行器抬頭或低頭
偏航力矩:使飛行器航向發生改變
滾轉力矩:使飛行器繞機體軸滾轉
飛行中的力學現象 典型流動現象(I)
擾動傳播的四種情況:
 假設:擾動以聲速傳播。
定義:馬赫數(M)=飛行速度/聲速
飛行中的力學現象 典型流動現象(I)
飛行中的力學現象 典型流動現象(II)
機翼翼梢脫出的渦索
飛行中的力學現象 典型流動現象(III)
物體后方的渦系結構,渦的產生、破碎
飛行中的力學現象 典型流動現象(III)
物體后方的渦系結構,渦干擾
飛行中的力學現象 典型流動現象(IV)
紊流流動
飛行中的力學現象 典型流動現象(IV)
無粘流與粘性流動的比較
SU-37超機動表演
CFD在飛行器設計中的作用
正問題: 給定飛行器外形,計算氣動載荷、氣動力及飛行器氣動性能
反問題: 給定氣動性能要求,尋求符合要求的飛行器氣動外形
綜合優化設計過程
CFD在飛行器設計中的作用(續)
CFD的重要作用
以較小的花費獲取較全面的信息。如:
數值模擬周期短
   采用CFD技術,波音747飛機的風洞試驗次數減少了70%,研制周期比預定縮短了2年。
模擬軟件的功能可不斷更新、擴充
CFD在飛行器設計中的作用(續)
世界各國的航空航天界對CFD都非常重視
科研單位
大學
型號單位等
數值風洞代替大量實際風洞試驗
CFD在飛行器設計中的作用(續)
CFD在其他領域的應用
天氣預報
海洋流動
大氣污染
微流體
滲透、潤滑
人體血液循環
核爆炸等
空氣動力學研究動態
高超聲速空氣動力學
磁流體力學
超聲速燃燒
高超聲速飛行武器
空天飛行器
、、、
高超聲速
 

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《空氣動力學與飛行器設計ppt》是由用戶BITE/ME于2017-02-14上傳,屬于高校大學PPT。

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