簡介:飛機(jī)原理與構(gòu)造,第二章空氣動力學(xué)基礎(chǔ)航空機(jī)電教研室陳金瓶,大氣的重要物理參數(shù)大氣層的構(gòu)造國際標(biāo)準(zhǔn)大氣流體流動的基本概念流體流動的基本規(guī)律機(jī)翼幾何外形和參數(shù)作用在飛機(jī)上的空氣動力,內(nèi)容簡介,大氣的重要物理參數(shù),1大氣密度2大氣溫度3大氣壓力4粘性5可壓縮性6雷諾數(shù)和馬赫數(shù),1大氣密度Ρ是指單位體積內(nèi)的空氣質(zhì)量,用Ρ表示,單位KG/M3,則有空氣的密度大,單位體積內(nèi)的空氣分子多,比較稠密;反之,比較稀薄。由于地心引力的作用,Ρ隨高度H的增加而減小,近似按指數(shù)曲線變化。,,,,2大氣溫度T是指大氣層內(nèi)空氣的冷熱程度。微觀上來講,溫度體現(xiàn)了空氣分子運(yùn)動劇烈程度。所以說溫度是大量分子熱運(yùn)動的集體表現(xiàn),含有統(tǒng)計意義。對于個別分子來說,溫度是沒有意義的。攝氏溫標(biāo)(℃)絕對溫標(biāo)(K)華氏溫標(biāo)(℉),,,這三種溫度單位的換算關(guān)系可表示為,,3大氣壓力P是指作用在單位面積且方向垂直于此面積(沿內(nèi)法線方向)的力。就空氣來講,空氣的壓力是眾多空氣分子在物體表面不斷撞擊產(chǎn)生的結(jié)果。在飛機(jī)上產(chǎn)生的空氣動力中,特別是升力,大都來自于飛機(jī)外表面上的空氣壓力。單位毫米汞柱(MMHG)、帕(PA(N/M2))、每平方英寸磅(PSI)等,其中,帕(PA(N/M2))為國際計量單位。規(guī)定在海平面溫度為15℃時的大氣壓力即為一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓,表示為760MMHG或1013105PA。大氣壓力隨高度的變化如圖,,完全氣體是氣體分子運(yùn)動論中采用的一種模型氣體。它的分子體積和氣體所占空間相比較可以忽略不計、分子間的相互作用力也忽略不計。在室溫和通常壓力范圍內(nèi)的氣體基本符合這些假設(shè),所以空氣可以看作為一種完全氣體。對于完全氣體,有,,,4粘性Μ當(dāng)流體內(nèi)兩相鄰流層的流速不同時,兩個流層接觸面上便產(chǎn)生相互粘滯和相互牽扯的力,這種特性就叫粘性。,,,,實(shí)驗(yàn)表明流體的粘性力F與相鄰流層的速度差ΔVV1V2、接觸面的面積ΔS成正比,和相鄰流層的距離ΔY成反比。,,F流體的粘性力Μ流體的動力粘性系數(shù)ΔV/ΔY橫向速度梯度。ΔS接觸面的面積Τ單位接觸面積上的粘性力,流體動力粘性系數(shù)Μ在數(shù)值上等于橫向速度梯度為1時,作用在單位面積上的粘性力。所以Μ可以作為量度流體粘性大小的尺度,單位是PAS。,,,常溫下空氣Μ181105PAS水Μ1002103PAS甘油Μ14939PAS粘性系數(shù)液體>氣體,隨著溫度的升高氣體Μ↑流層間內(nèi)摩擦力增大液體Μ↓分子間內(nèi)聚力減小,用管道來運(yùn)輸液體(如石油)時,對液體加溫(特別是寒冷地區(qū)的冬季),有減小流動損失、節(jié)能省耗的效果,,,5可壓縮性E是指一定量的空氣在壓力變化時,其體積發(fā)生變化的特性??蓧嚎s性用體積彈性模量E來衡量,其定義為產(chǎn)生單位相對體積變化所需的壓力增量。E值越大,流體越難被壓縮。在通常壓力下,空氣的E值相當(dāng)小,約為水的1/20000。因此,空氣具有壓縮性,而水則視為不可壓縮流體。一般情況下飛機(jī)低速飛行(MA<03)時,視為不可壓縮流體;高速飛行(MA≥03)時,則必須考慮空氣的可壓縮性。,,6音速C是指聲波在介質(zhì)中傳播的速度,單位為M/S。實(shí)驗(yàn)表明,在水中聲速約為1440M/S,而在海平面標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下,在空氣中的聲速只有341M/S。而我們又知道水難被壓縮,空氣易被壓縮,由此可以推論流體的可壓縮性小,聲速大。顯然,在不可壓縮流體、固體中,聲速→∞。大氣中,聲速的計算公式為式中,T是空氣的熱力學(xué)溫度,單位為K。,,,,,7馬赫數(shù)和雷諾數(shù)馬赫數(shù)的定義是式中,V是飛行速度,C是當(dāng)?shù)芈曀伲达w行高度上大氣中的聲速)。MA是個無量綱量,它的大小可以作為空氣受到壓縮程度的指標(biāo)。MA<08亞音速;08<MA<13跨音速13<MA<50超音速M(fèi)A>50高超音速,,,,,雷諾數(shù)的定義是Ρ、Μ飛行高度上大氣的密度和動力粘性系數(shù)L是飛機(jī)的特征尺寸V是飛行速度RE表征了流體運(yùn)動中慣性力與粘性作用的關(guān)系??梢园l(fā)現(xiàn),RE越小,說明空氣粘性的作用越大,對流場的影響是主要的;反之RE越大,慣性力的作用越大。,,大氣的重要物理參數(shù)大氣層的構(gòu)造國際標(biāo)準(zhǔn)大氣流體流動的基本概念流體流動的基本規(guī)律機(jī)翼幾何外形和參數(shù)作用在飛機(jī)上的空氣動力,內(nèi)容簡介,大氣層的構(gòu)造,1大氣層的構(gòu)造一、對流層二、平流層三、中間層四、電離層五、散逸層,五、散逸層是大氣的最外層,從電離層頂部到大氣層的最外邊緣。由于地心引力很小,大氣分子不斷向星際空間散逸。,二、平流層(同溫層)◆高度范圍11~50KM?!?1~20KM,溫度不隨高度而變化,常年平均值為565℃◆20~50KM溫度隨高度的增加上升◆空氣稀薄,水蒸氣極少◆沒有云、雨、雪、雹等現(xiàn)象◆沒有垂直方向的風(fēng),只有水平方向的風(fēng),而且風(fēng)向穩(wěn)定◆大氣能見度好、空氣阻力小,對飛行有利,現(xiàn)代噴氣式客機(jī)多在11~12KM的平流層底層飛行。,一、對流層◆大氣中最低的一層,在地球中緯度地區(qū),高度范圍0~11KM。◆包含全部大氣3/4的質(zhì)量◆天氣變化最復(fù)雜的一層,有云、雨、雪、雹等現(xiàn)象。◆空氣的水平流動和垂直流動,形成水平方向和垂直方向的陣風(fēng)◆其壓強(qiáng)、密度、溫度和音速均隨高度的增加而降低。,三、中間層◆高度范圍50~80KM◆空氣十分稀薄,溫度隨高度的增加而下降◆空氣在垂直方向有強(qiáng)烈的運(yùn)動。,四、電離層◆高度范圍80~800KM◆空氣處于高度的電離狀態(tài),氮、氧分子電離成為離子和自由電子,帶有很強(qiáng)的導(dǎo)電性,能吸收、反射和折射無線電波。所以這一層對無線電通信很重要◆由于空氣電離放出的熱量,溫度很高并隨著高度的增加而上升?!粢脖环Q為暖層或熱層◆空氣密度極小,聲波已無法傳播,大氣的重要物理參數(shù)大氣層的構(gòu)造國際標(biāo)準(zhǔn)大氣流體流動的基本概念流體流動的基本規(guī)律機(jī)翼幾何外形和參數(shù)作用在飛機(jī)上的空氣動力,內(nèi)容簡介,國際標(biāo)準(zhǔn)大氣,國際標(biāo)準(zhǔn)大氣具有以下的規(guī)定1大氣是靜止的、潔凈的,且相對濕度為零。2空氣被視為完全氣體,即其物理參數(shù)(密度、溫度和壓力)的關(guān)系服從完全氣體的狀態(tài)方程PΡRT3海平面作為計算高度的起點(diǎn),即H0處。,大氣的重要物理參數(shù)大氣層的構(gòu)造國際標(biāo)準(zhǔn)大氣流體流動的基本概念流體流動的基本規(guī)律機(jī)翼幾何外形和參數(shù)作用在飛機(jī)上的空氣動力,內(nèi)容簡介,流體流動的基本概念,相對運(yùn)動原理連續(xù)性假設(shè)流場、定常流和非定常流流線、流線譜、流管和流量,,1相對運(yùn)動原理空氣相對飛機(jī)的運(yùn)動稱為相對氣流,相對氣流的方向與飛機(jī)運(yùn)動的方向相反。只要相對氣流速度相同,產(chǎn)生的空氣動力也就相等。將飛機(jī)的飛行轉(zhuǎn)換為空氣的流動,使空氣動力問題的研究得到簡化。,飛機(jī)的運(yùn)動方向與相對氣流的方向,,2連續(xù)介質(zhì)假設(shè)連續(xù)性假設(shè)是指把流體看成連綿一片的、沒有間隙的、充滿了它所占據(jù)的空間的連續(xù)介質(zhì)??諝夥肿邮?71019個/CM3空氣分子的平均自由程約為6106CM空氣分子的平均直徑約為37108CM兩者之比約為1701因此從微觀上來說,空氣是一種有間隙的不連續(xù)介質(zhì)。,,飛機(jī)的特征尺寸一般以M計,至少以CM計,比流體分子的平均自由程大得多因此,一般不研究流體分子的個別運(yùn)動,而是研究流體的宏觀運(yùn)動,即將空氣看成連續(xù)介質(zhì)。在某些情況下,例如在120KM的高空,空氣分子的平均自由行程和飛行器的特征尺寸在同一數(shù)量級,連續(xù)介質(zhì)假設(shè)就不再成立。,四、電離層◆高度范圍80~800KM◆空氣處于高度的電離狀態(tài),對無線電通信很重要◆溫度很高并隨著高度的增加而上升。也被稱為暖層或熱層◆空氣密度極小,聲波已無法傳播,,3流場、定常流和非定常流流體流動所占據(jù)的空間稱為流場,用來描述表示流體運(yùn)動特征的物理量,如速度、密度、壓力等等。在流場中的每一點(diǎn)處,如果流體微團(tuán)的物理量隨時間變化,這種流動就稱為非定常流動,這種流場被稱為非定常流場;反之,則稱為定常流動和定常流場。,,4流線、流線譜、流管流線是在流場中用來描繪流體微團(tuán)流動狀態(tài)的曲線。在流線每一點(diǎn)上,曲線的切線方向正是流體微團(tuán)流過該點(diǎn)時流動速度的方向。在流場中,用流線組成的描繪流體微團(tuán)流動情況的圖畫稱為流線譜。,,V,,在流場中取一條不是流線的封閉曲線,通過曲線上各點(diǎn)的流線形成的管形曲面稱為流管。因?yàn)橥ㄟ^曲線上各點(diǎn)流體微團(tuán)的速度都與通過該點(diǎn)的流線相切,所以只有流管截面上有流體流過,而不會有流體通過管壁流進(jìn)或流出。,,,,流體流動的基本規(guī)律,連續(xù)性定理伯努利定理,1連續(xù)性定理連續(xù)性定理是質(zhì)量守恒定律在流體流動中的應(yīng)用。對于低速流體,當(dāng)流體連續(xù)不斷而穩(wěn)定地流過一個粗細(xì)不等的管道時,由于管道中任何一部分的流體都不能中斷或擠壓起來,因此在同一時間內(nèi),流進(jìn)任一切面的流體的質(zhì)量和從另一切面流出的流體質(zhì)量是相等的。,流體連續(xù)性方程?1S1V1?2S2V2?3S3V3CONST即?SVCONST,對于低速流體,流體不可壓縮,即?1?2?3可得S1V1S2V2S3V3CONST即SVCONST,2伯努利定理連續(xù)性定理是能量守恒定律在流體流動中的應(yīng)用。管道中以穩(wěn)定的速度流動的流體,若流體為不可壓縮的理想流體(沒有粘性),則沿管道各點(diǎn)的流體的動壓與靜壓之和等于常量。P05?V2PCONST靜壓就是“壓能”,即勢能的一種,也就是壓力動壓氣體具有流動速度,受阻力時,由于動能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ芏鸬某^流體靜壓力部分的壓力,,低速流動空氣的特性根據(jù)流體連續(xù)性定理和伯努利定理,可以得到以下結(jié)論流體在管道中流動時,凡是管道剖面大的地方,流體的流速就小,流體的靜壓就大,而管道剖面小的地方,流速就大,靜壓就小。即若S1>S2>S3則V1<V2<V3P1>P2>P3,,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證空氣靜止時,各處大氣壓力都一樣,等于此處的大氣壓力,測壓管中指示劑液面的高度都相等??諝庖阅骋凰俣冗B續(xù)穩(wěn)定地流過管道,空氣壓力下降,所有液面均有所升高,但升高的量卻不一樣管截面最細(xì)處,速度最快,靜壓最小,動壓最大。,機(jī)翼的幾何外形和參數(shù),機(jī)翼翼型的形狀和參數(shù)機(jī)翼平面的形狀和參數(shù)機(jī)翼相對機(jī)身的安裝位置,就是用平行于飛機(jī)機(jī)身對稱平面的平面切割機(jī)翼所得的剖面。圓頭尖尾翼型尖頭尖尾翼型,,,早期飛機(jī)平板和彎板,,,流線型提高飛行性能,翼型(翼剖面)的形狀,弦線前緣與后緣之間的連線。弦長弦線的長度,又稱為幾何弦長。用B表示,是翼型的特征尺寸。,翼型的參數(shù)(一),,厚度T上下翼面在垂直于翼弦方向的距離,其中最大者稱為最大厚度TM最大相對厚度T’T’TM/B最大相對厚度位置X’X’XM/B,翼型的參數(shù)(二),,,中弧線(中線)在弦向任一位置X處,垂直于弦線的直線與上、下表面交點(diǎn)的中點(diǎn)連接起來所構(gòu)成的線。彎度FM中弧線與翼弦之間的距離最大相對彎度F’F’FM/B最大相對彎度位置X’X’XM/B,翼型的參數(shù)(三),,,前緣半徑RP后緣角Τ翼型上下表面周線在后緣處切線的夾角迎角Α,翼型的參數(shù)(四),翼型的分類,1全對稱翼上下弧線均凸且對稱,一般用于尾翼2半對稱翼上下弧線均凸但不對稱,常用于低亞音速飛機(jī)的機(jī)翼3克拉克Y翼下弧線為一直線,也叫平凸翼4S型翼中弧線是一個平躺的S型,因攻角改變時,壓力中心不變動,常用于無尾翼機(jī)5內(nèi)凹翼又叫凹凸翼型,下弧線在翼弦上面,升力系數(shù)大,常見于早期飛機(jī)及牽引滑翔機(jī),所有鳥類除蜂鳥外都是這種翼型,NACA24152相對彎度,即中弧線的最大弧高為24相對彎度位置位于翼弦前緣的4015相對厚度,即最大厚度是弦長的15NACA0012,NACA四位數(shù)翼型族,機(jī)翼的幾何外形和參數(shù),機(jī)翼翼型的形狀和參數(shù)機(jī)翼平面的形狀和參數(shù)機(jī)翼相對機(jī)身的位置參數(shù),機(jī)翼平面形狀從飛機(jī)頂上看下去,機(jī)翼在平面上的投影形狀低速飛機(jī)跨音速、超音速飛機(jī),翼面的形狀,,,,,,,,,,機(jī)翼面積S機(jī)翼在水平面內(nèi)的投影面積翼展展長L機(jī)身兩側(cè)翼尖之間的距離根梢比Η翼根弦長和翼尖弦長之比ΗB1/B2展弦比Λ展長和機(jī)翼平均幾何弦長BAV之比BAVS/L→ΛL/BAVL2/S,翼面的參數(shù)(一),后掠角Χ(/CHI/)沿機(jī)翼展向等百分比弦線點(diǎn)的連線與垂直于機(jī)身中心線的直線之間的夾角,翼面的參數(shù)(二),前緣后掠角Χ01/4弦線后掠角Χ025中弦線后掠角Χ05后緣后掠角Χ1,,平均氣動力弦長與實(shí)際機(jī)翼面積相等、氣動力矩特性相同的當(dāng)量矩形機(jī)翼的弦長,用BA表示。是計算空氣動力中心(焦點(diǎn))、縱向力矩系數(shù)等常用的一種基準(zhǔn)弦長。,翼面的參數(shù)(三),,機(jī)翼的幾何外形和參數(shù),機(jī)翼翼型的形狀和參數(shù)機(jī)翼平面的形狀和參數(shù)機(jī)翼相對機(jī)身的安裝位置,上反角ΨPSI與下反角Ψ機(jī)翼的底面與垂直于飛機(jī)立軸的平面之間的夾角,從飛機(jī)前面看,如果翼尖上翹,夾角就是上反角Ψ;翼尖下垂,則是下反角Ψ。低速機(jī)翼采用一定的上反角可以改善飛機(jī)的橫向穩(wěn)定性,機(jī)翼相對于機(jī)身的位置(一),,機(jī)翼相對于機(jī)身中心線的位置上單翼、下單翼和中單翼。安裝角,機(jī)翼相對于機(jī)身的位置(二),,,機(jī)身中心線,安裝角的大小應(yīng)按照飛行最重視的飛行姿態(tài)來確定。以巡航姿態(tài)為主的運(yùn)輸及,考慮到減小阻力,安裝角一般取4°左右。,作用在飛機(jī)上的空氣動力,空氣動力升力阻力升力系數(shù)曲線、阻力系數(shù)曲線、升阻比曲線機(jī)翼的壓力中心和焦點(diǎn),空氣動力,定義空氣作用在與之有相對運(yùn)動物體上的力稱為空氣動力。壓力中心空氣動力的作用點(diǎn)。垂直于來流方向的升力L平行于來流方向的阻力D,,升力,產(chǎn)生原理連續(xù)性定理、伯努利定理,負(fù)壓區(qū),正壓區(qū),,,駐點(diǎn),最低壓力點(diǎn),升力,升力公式可以表示為影響升力的因素空氣密度飛行速度機(jī)翼面積升力系數(shù)CL是無量綱參數(shù),在飛行馬赫數(shù)MA小于一定值時,他們只與機(jī)翼的形狀和迎角有關(guān)。,當(dāng)ΑΑ臨界,升力系數(shù)隨迎角的增大而減小,進(jìn)入失速區(qū)。,臨界迎角,迎角對升力系數(shù)的影響,,,,,當(dāng)機(jī)翼迎角超過臨界點(diǎn)時,流經(jīng)上翼面的氣流會出現(xiàn)嚴(yán)重分離,形成大量渦流,升力下降,阻力急劇增加。飛機(jī)減速并抖動,各操縱面?zhèn)鞯綏U、舵上的外力變輕,隨后飛機(jī)下墜,機(jī)頭下俯,這種現(xiàn)象稱為失速。,過失速機(jī)動飛機(jī)在超過失速迎角之后,仍然有能力完成可操縱的戰(zhàn)術(shù)機(jī)動。,機(jī)翼對升力系數(shù)的影響,相對厚度相對厚度↑CLMAX↑Α臨界↓前緣半徑前緣半徑↑CLMAXΑ臨界↑展弦比展弦比↑CLMAX↑Α臨界↓后掠角后掠角↑CLMAX↓Α臨界↑前緣粗糙度前緣越光滑,CLMAX↑Α臨界↑,阻力,分類附面層(邊界層),阻力,,摩擦阻力,壓差阻力,干擾阻力,誘導(dǎo)阻力,,零升阻力(廢阻),附面層的產(chǎn)生,由于空氣有粘性,當(dāng)它流過不是絕對光滑的機(jī)體表面時,機(jī)體表面對最緊貼自身的氣體微團(tuán)產(chǎn)生阻滯力,使其流速降為零,由此空氣的粘性產(chǎn)生阻滯力一層一層向外影響下去,就在機(jī)體表面形成了沿機(jī)體表面法線方向,流速由零逐漸增加到外界氣流流速的薄薄的一層空氣層,就叫做附面層。,平板表面形成附面層,附面層內(nèi)的速度梯度,附面層的分類,根據(jù)附面層內(nèi)氣體的流動狀態(tài)可分為層流附面層前段附面層內(nèi),流體微團(tuán)層次分明的沿機(jī)體表面向后流動,上下各層之間的微團(tuán)互不混淆。液體流速較低,質(zhì)點(diǎn)受粘性制約,不能隨意運(yùn)動,粘性力起主導(dǎo)作用;紊流附面層后段附面層,氣體微團(tuán)除了向前流動外,還上下亂竄、互相摻和,已分不清流動的層次。液體流速較高,粘性的制約作用減弱,慣性力起主導(dǎo)作用。附面層由層流狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鳡顟B(tài)叫轉(zhuǎn)捩。液體流動時,究竟是層流還是紊流,要用雷諾數(shù)來判定。,摩擦阻力,根據(jù)牛頓第三定律(作用力與反作用力定律),機(jī)體表面給氣體微團(tuán)向前的阻滯力,使其速度下降,氣體微團(tuán)必定給機(jī)體以大小相等方向相反的向后的作用力,這個力就是摩擦力。在紊流附面層的底層,機(jī)體表面對氣流的阻滯作用要比層流附面層大得多,所以,紊流附面層的摩擦阻力>層流附面層的摩擦阻力影響因素附面層內(nèi)氣流流動狀態(tài),接觸面積,機(jī)體表面狀態(tài)等。,減小摩擦阻力的措施,1,采用層流翼型目的使附面層保持在層流狀態(tài)原因此種翼型下,壓力分布比較平坦,最低壓力點(diǎn)位置后移,減小附面層變厚的趨勢,有利于保持層流附面層。,減小摩擦阻力的措施,2,在機(jī)翼表面安裝一些氣動裝置,不斷向附面層輸入能量;結(jié)構(gòu)上也可以采取對附面層進(jìn)行吸氣或吹氣的措施,加大附面層內(nèi)氣流的流動速度,減小附面層的厚度,使附面層保持層流狀態(tài)。3,保持機(jī)體表面的光滑清潔。機(jī)翼表面對氣流的任何微小擾動都會是流動狀態(tài)發(fā)生改變。所以以后再維護(hù)修理飛機(jī)的工作中,一定要保持機(jī)體表面的光滑整潔。4,盡量減小機(jī)體與氣流的接觸面積。,壓差阻力,通俗解釋,就是運(yùn)動的物體因前后壓力差而形成的阻力。以低速飛行的對稱翼型為例駐點(diǎn)最低壓力點(diǎn)順壓梯度最低壓力點(diǎn)以后逆壓梯度阻礙了附面層內(nèi)流體向后流動,同時附面層內(nèi)的氣流由于粘性的作用消耗了動能。無法克服逆壓梯度的阻力繼續(xù)向后流動,故發(fā)生了倒流,使氣流離開了翼面,產(chǎn)生了附面層分離現(xiàn)象。由于分離后翼型背風(fēng)面的壓力低于前部壓力,故將產(chǎn)生壓差阻力。,減小壓差阻力的措施,1盡量減小飛機(jī)機(jī)體的迎風(fēng)面積。比如,在保證裝在所需要容積的情況下,機(jī)身橫截面的形狀應(yīng)采取圓形或近似圓形。2暴露在空氣中的機(jī)體各部件外形應(yīng)采用流線型(圓頭尖尾),以便適應(yīng)不同來流方向以及使翼型后部邊界層不易出現(xiàn)分離。3飛行時,除了起氣動作用的部件外,其他機(jī)體部件的軸線應(yīng)盡量與氣流方向平行,內(nèi)因空氣的粘性外因翼面彎曲導(dǎo)致的逆壓梯度,干擾阻力,F1機(jī)翼阻力機(jī)身阻力尾翼阻力各部件單獨(dú)放在氣流中產(chǎn)生的阻力F2整機(jī)在氣流中產(chǎn)生的阻力一般來說F2F1,那么ΔFF2F1即稱為干擾阻力。它是由于各個部件組合在一起時,空氣流動相互干擾產(chǎn)生的額外阻力增量改進(jìn)措施在部件結(jié)合部位安裝整流罩,使結(jié)合部位較為光滑,減小流管的收縮和擴(kuò)張。,誘導(dǎo)阻力,伴隨升力的產(chǎn)生而產(chǎn)生。機(jī)翼翼展為有限值翼型翼展為無限大,下翼面壓力上翼面壓力,氣流繞過翼梢,向上翼面流動,機(jī)翼后緣拖出尾渦渦面,產(chǎn)生展向速度,翼面上流線發(fā)生彎曲,產(chǎn)生誘導(dǎo)速度場,下洗速度(與升力方向相反),減小誘導(dǎo)阻力的措施,分析可知,機(jī)翼的誘導(dǎo)阻力是機(jī)翼特有的阻力,只有當(dāng)升力不為零時,才會有誘導(dǎo)阻力換句話說,誘導(dǎo)阻力是產(chǎn)生有用升力必須付出的“代價”,只能減小,而無法絕對避免它。措施采用誘導(dǎo)阻力較小的機(jī)翼平面形狀。橢圓形梯形矩形。加大機(jī)翼的展弦比也可以減小誘導(dǎo)阻力。在機(jī)翼安裝翼梢小翼。,阻力,阻力公式可以表示為影響阻力的因素阻力系數(shù),,有利飛行速度,,迎角對阻力系數(shù)的影響,阻力系數(shù)曲線不與CD0的橫線相交,說明在任何迎角下飛機(jī)的阻力都不等于零。在迎角等于零附近,阻力系數(shù)最小,然后隨著迎角絕對值的增加而增大。,,,升阻比曲線,看一架飛機(jī)的飛行性能,是不是能產(chǎn)生的升力越大越好呢以較小的阻力獲得所需要的升力,才能提高飛機(jī)的飛行效率。為此我們引入升阻比的概念,用K表示KL/DCL/CD,極曲線,極曲線是升力系數(shù)對阻力系數(shù)的曲線。對每一個迎角都可以得到一個升力系數(shù)和一個阻力系數(shù),以CL為縱坐標(biāo),以CD為橫坐標(biāo),將各點(diǎn)連線就得到了極曲線。,從原點(diǎn)所引直線與極曲線交于兩點(diǎn),則兩點(diǎn)的升阻比相同,較高者的迎角較大,較高者的平飛速度較小。由坐標(biāo)原點(diǎn)作極曲線的切線,則切線處對應(yīng)的升阻比即為機(jī)翼的最大升阻比KMAX,,,,,,
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簡介:航天航空儀器,三組吳犇寅,激光測距儀,激光測距儀,是利用激光對目標(biāo)的距離進(jìn)行準(zhǔn)確測定的儀器。激光測距儀在工作時向目標(biāo)射出一束很細(xì)的激光,由光電元件接收目標(biāo)反射的激光束,計時器測定激光束從發(fā)射到接收的時間,計算出從觀測者到目標(biāo)的距離。激光測距儀重量輕、體積小、操作簡單速度快而準(zhǔn)確,其誤差僅為其它光學(xué)測距儀的五分之一到數(shù)百分之一。,激光測距儀原理,利用紅外線測距或激光測距的原理測距原理基本可以歸結(jié)為測量光往返目標(biāo)所需要時間,然后通過光速C299792458M/S和大氣折射系數(shù)N計算出距離D。由于直接測量時間比較困難,通常是測定連續(xù)波的相位,稱為測相式測距儀。當(dāng)然,也有脈沖式測距儀,典型的是WILD的DI3000。需要注意,測相并不是測量紅外或者激光的相位,而是測量調(diào)制在紅外或者激光上面的信號相位。建筑行業(yè)有一種手持式的激光測距儀,用于房屋測量,其工作原理與此相同。2測物體平面必須與光線垂直通常精密測距需要全反射棱鏡配合,而房屋量測用的測距儀,直接以光滑的墻面反射測量,主要是因?yàn)榫嚯x比較近,光反射回來的信號強(qiáng)度夠大。與此可以知道,一定要垂直,否則返回信號過于微弱將無法得到精確距離。3可以測物體平面為漫反射通常也是可以的,實(shí)際工程中會采用薄塑料板作為反射面以解決漫反射嚴(yán)重的問題。4超聲波測距精度比較低,使用比較少。5激光測距儀精度可達(dá)到1毫米誤差,適合各種高精度測量用途。,激光陀螺儀,現(xiàn)代陀螺儀是一種能夠精確地確定運(yùn)動物體的方位的儀器,它是現(xiàn)代航空,航海,航天和國防工業(yè)中廣泛使用的一種慣性導(dǎo)航儀器,它的發(fā)展對一個國家的工業(yè),國防和其它高科技的發(fā)展具有十分重要的戰(zhàn)略意義。傳統(tǒng)的慣性陀螺儀主要是指機(jī)械式的陀螺儀,機(jī)械式的陀螺儀對工藝結(jié)構(gòu)的要求很高,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,它的精度受到了很多方面的制約。我國成為繼美法俄后,世界上第四個具備獨(dú)立研制激光陀螺能力的國家,為我國打破國際壟斷,在精確打擊武器的導(dǎo)航定位、姿態(tài)測量與控制、精確制導(dǎo)、平臺穩(wěn)定等方面全面趕超世界強(qiáng)國奠定了重要基礎(chǔ)。,激光陀螺及其軍事應(yīng)用,近日,國內(nèi)媒體報道了國防科技大學(xué)激光陀螺創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的先進(jìn)事跡。該團(tuán)隊(duì)矢志不渝,三代人攻關(guān)43載,終于使我國成為繼美法俄后,世界上第四個具備獨(dú)立研制激光陀螺能力的國家,為我國打破國際壟斷,在精確打擊武器的導(dǎo)航定位、姿態(tài)測量與控制、精確制導(dǎo)、平臺穩(wěn)定等方面全面趕超世界強(qiáng)國奠定了重要基礎(chǔ)。不過,小陀螺如何與國防科技聯(lián)系在了一起,激光陀螺是什么,許多人未必了解。,“陀螺原理”及傳統(tǒng)陀螺,先從陀螺說起。許多人小時候一定玩過一種玩具陀螺“冰猴”。腳尖身圓的“冰猴”放在地上,用一根繩子做的鞭子猛抽“冰猴”,“猴身”就能轉(zhuǎn)起來,用鞭子抽得越狠,它就轉(zhuǎn)得越飛快,不會倒下。在日常生活中,我們也發(fā)現(xiàn)如果一個物體旋轉(zhuǎn)時速度很快,它就會穩(wěn)定地立在一個地點(diǎn)不動,轉(zhuǎn)速足夠快的時候,即使平板傾斜一些,它仍然不會倒,并且轉(zhuǎn)軸始終指向一個固定方向。這就是物體的“定軸特性”??茖W(xué)家利用“定軸特性”制造出能定向和定位的陀螺儀,通過將陀螺定軸方向與運(yùn)載體的軸心相比對,就能得出運(yùn)載體的正確方向和瞬時位置。而以陀螺儀為核心部件,進(jìn)而組裝出慣性導(dǎo)航系統(tǒng)或制導(dǎo)系統(tǒng)。因此,陀螺是航天、航空、航海裝備及很多武器裝備在作戰(zhàn)中不可缺少的定位和導(dǎo)航裝置。傳統(tǒng)的慣性陀螺主要是指機(jī)電陀螺,但其穩(wěn)定性以及定向與定位精度不夠,不能滿足現(xiàn)代武器精確打擊的要求??蒲腥藛T一直希望能找到更好的陀螺儀,幫助運(yùn)載體精確定位與定向、穩(wěn)定運(yùn)行,更好地發(fā)揮武器的效能,激光陀螺無疑是一種很好的替代品。,何為激光陀螺,科技名詞定義激光陀螺,學(xué)名“環(huán)形激光器”。實(shí)際上是一種無質(zhì)量的光學(xué)陀螺儀,利用環(huán)形激光器在慣性空間轉(zhuǎn)動時正反兩束光隨轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生頻率差的效應(yīng),測定敏感物體相對于慣性空間的角速度或轉(zhuǎn)角,進(jìn)而測定物體方向等。原理一束光經(jīng)分光器被分成完全相同的兩束光后,進(jìn)入同一環(huán)形光回路,分別沿順時針方向和逆時針方向相向傳播。如果讓光回路繞垂直于自身的軸旋轉(zhuǎn)起來,這兩束光之間會產(chǎn)生相位差,利用光的干涉性能測出相位差,進(jìn)而得出光回路旋轉(zhuǎn)的角速度。如果光回路被制成一個環(huán)形激光器,其中傳播的光就是方向性好、聚束性強(qiáng)、相干性優(yōu)的激光,因此就形成了一個能通過敏感角速度來測定方向與姿態(tài)并具有快速尋北與穩(wěn)定作用的激光陀螺。主要作用主要用于精確打擊武器的導(dǎo)航定位、姿態(tài)測量與控制、平臺穩(wěn)定,為它們有效完成作戰(zhàn)任務(wù)提供更好的保障。,在軍事上的主要應(yīng)用,首先,激光陀螺用于為各類戰(zhàn)機(jī)和精確打擊武器提供導(dǎo)航和制導(dǎo)所需要的實(shí)時航向、速度、高度、姿態(tài)等空間位置信息。使戰(zhàn)機(jī)能可靠飛行和靈活進(jìn)行高速戰(zhàn)術(shù)機(jī)動,并使精確打擊武器的射程和命中精度得到很大提升。同時,它還為機(jī)動發(fā)射的彈道導(dǎo)彈、巡航導(dǎo)彈尋北提供方位基準(zhǔn),使它們能實(shí)現(xiàn)快速定向定位,準(zhǔn)確地命中目標(biāo)。其次,為艦艇、潛艇和制導(dǎo)魚雷提供航向、航深、航速和位置等基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。使它們不依賴于任何外部信息,就能獨(dú)立地進(jìn)行實(shí)時導(dǎo)航。第三,作為穩(wěn)定調(diào)節(jié)系統(tǒng)的重要組成部分。使坦克、裝甲車等陸地戰(zhàn)車在行進(jìn)中,實(shí)時感知車體上仰和下俯等動作,自動將火炮和機(jī)槍等武器穩(wěn)定在原定方向和位置,保證武器瞄準(zhǔn)和射擊時不受車體行進(jìn)過程的影響。第四,作為航天器姿態(tài)和軌道控制系統(tǒng)的重要組成部分,協(xié)助衛(wèi)星保持正確姿態(tài),使其天線波束始終能對準(zhǔn)地球覆蓋區(qū),準(zhǔn)確完成對地面轉(zhuǎn)發(fā)和傳播信號以及對地面目標(biāo)的探測。第五,用于運(yùn)載火箭的慣性制導(dǎo)系統(tǒng)中。簡化導(dǎo)引和控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu),減小火箭的控制難度,增強(qiáng)火箭的飛行穩(wěn)定性,同時降低火箭的發(fā)射重量,增大火箭的運(yùn)載能力,提高航天器的入軌精度以及機(jī)動性和變軌能力,激光陀螺儀工作原理,陀螺儀基本上就是運(yùn)用物體在高速旋轉(zhuǎn)時,角動量會很大,旋轉(zhuǎn)軸會一直穩(wěn)定指向一個方向的性質(zhì)為依據(jù),用它來保持一定的方向,制造出來的定向儀器。不過它必需轉(zhuǎn)得夠快,或者慣量夠大(也可以說是角動量要夠大)。不然,只要一個很小的力矩,就會嚴(yán)重影響到它的穩(wěn)定性,所以設(shè)置在飛機(jī)、飛彈中的陀螺儀是靠內(nèi)部所提供的動力,使其保持高速轉(zhuǎn)動的。,1986年,挑戰(zhàn)者號航天飛機(jī)解體,所有的航天飛機(jī)停飛兩年。2003年,此前剛執(zhí)行過第4次維修哈勃空間望遠(yuǎn)鏡任務(wù)的哥倫比亞號航天飛機(jī)在返回時失事,所有的航天飛機(jī)再次停飛兩年停飛兩年。,,哈勃空間望遠(yuǎn)鏡,哈勃空間望遠(yuǎn)鏡,(HUBBLESPACETELESCOPE,縮寫為HST)1,是以天文學(xué)家愛德溫哈勃為名,在軌道上環(huán)繞著地球的望遠(yuǎn)鏡,它的位置在地球的大氣層之上,因此影像不會受到大氣湍流的擾動,視相度絕佳又沒有大氣散射造成的背景光,還能觀測會被臭氧層吸收的紫外線。它于1990年成功發(fā)射,彌補(bǔ)了地面觀測的不足,幫助天文學(xué)家解決了許多天文學(xué)上的基本問題,使得人類對天文物理有更多的認(rèn)識。是天文史上最重要的儀器之一。2011年11月,借助哈勃空間望遠(yuǎn)鏡,天文學(xué)家們首次拍攝到圍繞遙遠(yuǎn)黑洞存在的盤狀構(gòu)造。2013年12月,天文學(xué)家利用哈勃太空望遠(yuǎn)鏡在太陽系外發(fā)現(xiàn)5顆行星,它們的大氣層中都有水存在的跡象,是首次能確定性地測量多個系外行星的大氣光譜信號特征與強(qiáng)度,并進(jìn)行比較。,原理,大氣層中的大氣湍流與散射,以及會吸收紫外線的臭氧層,這些因素都限定了地面上望遠(yuǎn)鏡做進(jìn)一步的觀測。太空望遠(yuǎn)鏡的出現(xiàn)使天文學(xué)家成功地擺脫地面條件的限制,并獲得更加清晰與更廣泛波段的觀測圖像。一架蘇聯(lián)A60機(jī)載激光武器試驗(yàn)機(jī)上的徽標(biāo),明確顯示出以激光武器攻擊哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的圖像。因而引發(fā)對哈勃空間望遠(yuǎn)鏡是否單純用于和平用途的爭論,以及反對太空軍事化的抗議。更有陰謀論者進(jìn)一步指出哈勃空間望遠(yuǎn)鏡初期的“近視”缺陷乃有意為之,直至蘇聯(lián)解體后兩年才加以修正。,光學(xué)系統(tǒng),望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)部分是整個儀器的心臟。它采用卡塞格林式反射系統(tǒng),由兩個雙曲面反射鏡組成,一個是口徑24米的主鏡、另一個是裝在主鏡前約45米處的副鏡,口徑03米。投射到主鏡上的光線首先反射到副鏡上,然后再由副鏡射向主鏡的中心孔,穿過中心孔到達(dá)主鏡的焦面上形成高質(zhì)量的圖像,供各種科學(xué)儀器進(jìn)行精密處理,得出來的數(shù)據(jù)通過中繼衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)回地面。,高速光度計,高速光度計是安裝在哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的科學(xué)儀器之一,他被設(shè)計得能夠快速的測量天體的光度變化和偏極性。它可以在紫外線、可見光和近紅外線的波段上,每10微秒測量一次光度。新穎的設(shè)計使它能透過各種濾鏡和孔徑去觀察,卻沒有任何運(yùn)動的機(jī)件。高速光度計是隨著哈勃太空望遠(yuǎn)鏡一起升空的儀器之一,但因?yàn)橹麋R的光學(xué)問題而未能成功的使用。在1993年12月,第一次的哈勃維護(hù)任務(wù)中,就被為矯正其他儀器的光學(xué)問題的太空望遠(yuǎn)鏡光軸補(bǔ)償校正光學(xué)(COSTAR)替換掉,廣域和行星照相機(jī)(WFPC),廣域和行星照相機(jī)(WFPC)(發(fā)音如同WIFFPICK)是安置在哈勃太空望遠(yuǎn)鏡上的一架照相機(jī)。他是在哈勃發(fā)射時就安裝在上面的儀器之一,但是他的功能因?yàn)橹麋R的光學(xué)瑕疵而被嚴(yán)重的削弱。而即使在哈勃太空望遠(yuǎn)鏡有像差的情況下,仍然有一定數(shù)量的發(fā)現(xiàn)。他在明亮天體的觀測上產(chǎn)生可貴且有價值的高解析力圖像。廣域和行星照相機(jī)是由任教于加州理工學(xué)院的行星科學(xué)家詹姆斯A韋士伐提議的,并且在噴射推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的管理下完成設(shè)計和制造。在他提議的年代,1976,CCD(CCD是一種半導(dǎo)體器件,能夠把光學(xué)影像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。CCD上植入的微小光敏物質(zhì)稱作像素(PIXEL)。)幾乎未曾用在天文學(xué)的影像處理上,但是他的高解析力,讓天文學(xué)家強(qiáng)烈的建議應(yīng)該考慮在哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的儀器上使用。廣域和行星照相機(jī)包含了兩架獨(dú)立的相機(jī),每架都有四片德州儀器的800X800畫素CCD,構(gòu)成了相鄰接的視野。廣域照相機(jī)的每個畫素視野為01弧秒,在犧牲角解析力的情況下可以對光度微弱的天體進(jìn)行全景觀測。行星照相機(jī)每個畫素的解析力為0043弧秒,用于高分辨率的觀測。利用一個可以轉(zhuǎn)動45度的四面體的金字塔來選擇使用的相機(jī)。,WFPC2,3,在1993年12月STS61的維修任務(wù)中,廣域和行星照相機(jī)被新的第二代替換,為了避免混淆,通常WFPC就是第一代的廣域和行星照相機(jī),新機(jī)稱為WFPC2。WFPC2是由原先的備用機(jī)改良的,主要是修正了主鏡的像差。WFPC3使用的是當(dāng)年從哈勃上帶下來的WFPC的殼(真會廢物利用啊),使用兩個2048X4096PX的CCD在可見光/紫外線波段進(jìn)行觀測,再加上另外的一個紅外線感光器,專司紅外線波段。紅外線感光器是JAMESWEBB太空望遠(yuǎn)鏡(哈勃的「后繼者」)將使用的設(shè)備的開路先鋒。,黑匣子,什么是黑匣子黑匣子學(xué)名航空飛行記錄器,是飛機(jī)專用的電子記錄設(shè)備之一。它能把飛機(jī)停止工作或失事墜毀前半小時的語音對話和兩小時的飛行高度、速度、航向、爬升率、下降率、加速情況、耗油量、起落架放收、格林尼治時間,還有飛機(jī)系統(tǒng)工作狀況和發(fā)動機(jī)工作參數(shù)等飛行參數(shù)都記錄下來,需要時把所記錄的內(nèi)容解碼,供飛行實(shí)驗(yàn)、事故分析之用。,黑匣子發(fā)展歷程,黑匣子伴隨著飛行安全的迫切需求以及飛機(jī)制造水平的不斷進(jìn)步而快速發(fā)展,一般行業(yè)內(nèi)比較認(rèn)同將黑匣子從誕生到眼下發(fā)展分為四代,第一代(鉑帶記錄器),第一代黑匣子誕生于上世紀(jì)50年代初,是在飛機(jī)設(shè)計試飛記錄設(shè)備的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來的,其工作原理為通過在金屬箔帶上用針留下劃痕來反映數(shù)據(jù)變化曲線,僅能記錄航向、高度、空速、垂直過載和時間等5個飛行參數(shù)。已淘汰。,第二代(磁帶記錄器),第二代黑匣子出現(xiàn)于上世紀(jì)50年代末,其工作原理類似于普通磁帶機(jī),但在磁帶機(jī)外面加裝了具有抗沖擊、耐火燒等能力的保護(hù)外殼,按照美國聯(lián)邦航空局當(dāng)時頒布的第一個黑匣子標(biāo)準(zhǔn)TSOC51,要求黑匣子能夠承受100G(重力加速度)、持續(xù)11MS的沖擊,以及1100℃、30分鐘的火燒。1966年標(biāo)準(zhǔn)更新為TSOC51A,將抗強(qiáng)沖擊指標(biāo)提高到1000G,并增加了抗穿透、靜態(tài)擠壓、耐海水浸泡、耐腐蝕液體浸泡等要求。第二代黑匣子一般可以記錄幾十個參數(shù),并同時出現(xiàn)了座艙音頻記錄器。已基本淘汰。,第三代(半導(dǎo)體固態(tài)記錄器),第三代黑匣子出現(xiàn)于上世紀(jì)90年代。隨著微電子技術(shù)的突飛猛進(jìn),黑匣子開始采用半導(dǎo)體存儲器記錄數(shù)據(jù),隨著對飛機(jī)墜毀時黑匣子破壞情況的不斷深入認(rèn)識,黑匣子的抗墜毀能力標(biāo)準(zhǔn)更新為TSOC124,抗強(qiáng)沖擊指標(biāo)提高到3400G,1100℃高溫火燒時間提高到60分鐘,耐海水浸泡時間由36小時增加到30天,增加了耐6000米深海壓力要求。1996年,美國聯(lián)邦航空局發(fā)布了TSOC124A標(biāo)準(zhǔn),增加了抗260℃、10小時的火燒要求。第三代黑匣子記錄參數(shù)一般在幾百個,功能已從飛行事故調(diào)查,逐漸延伸到日常飛行員監(jiān)控、飛機(jī)故障診斷與維護(hù)。目前部分型號仍在使用。,第四代(增強(qiáng)型半導(dǎo)體固態(tài)記錄器),可以記錄視頻信息,記錄的參數(shù)數(shù)量也多達(dá)幾千個,并且能夠通過衛(wèi)星等數(shù)據(jù)鏈定期傳輸黑匣子的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。但由于通訊帶寬和信號盲點(diǎn)以及氣象環(huán)境等影響,數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸方式無法完全取代傳統(tǒng)黑匣子的作用。此外,新型拋放式黑匣子也已經(jīng)出現(xiàn),它能夠在飛機(jī)墜毀時自動與機(jī)體分離,并具備水上漂浮和無線電、衛(wèi)星定位功能,,THANKS,,謝謝觀看,,
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上傳時間:2024-01-07
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