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第2章[pdf]: 
2.1 机翼流动物理简介
2.2 形状决定性能
2.3 边界层发展
2.4 机翼升力产生的物理机制
2.5 流动现象的行为和相互作用
2.6 阻力的分类
2.7 示例:后掠翼流动物理现象
2.8 物理模型:方程
2.9 湍流的平均

练习和大作业

  1. 高尔夫球的凹凸表面使周围的流动产生湍流。图2.13直观地显示了湍流和层流的差异:湍流比层流保持附着时间更长,并且层流通过大的相干涡流分离。湍流在球面上产生大规模的不稳定里,使其飞行更加难以预测。但酒窝球也飞得更远。这是为什么?
  2. 非直观空气动力学装置的一个例子是格尼襟翼,由赛车设计师丹·格尼发明。请查阅有关格尼襟翼的维基资料了解更多。首先勾勒出你对后缘流量平均线的想法,然后找到具有计算结果的出版资料进行对比。注意,格尼襟翼的模拟非常昂贵,因为它们必须采用非定常流动模型。
  3. 自由流动马赫数 M 和基于弦长的雷诺数 Rec 是两个无量纲数,表示流动的压缩性和粘性效应。因此,比例模型实验应该重现结果(力和力矩),以便可靠地预测全尺寸自由飞行。
    对于两种不同地配置地飞机,一架是高空自主飞行器,机翼弦长1m,飞行高度20,000m,TAS 35m/s,另一架是跨音速喷气客机,机翼弦长3m,飞行高度10,000m,TAS 250m/s,计算各自的 MRec ,并计算半比例模型和五分之一比例模型所匹配的MRec 所需的海平面风洞速度。此处复制了ISA(国际标准大气)表,给出了热力学特性和海拔的关系,以便参考。查找“低温”和“加压”风洞并解释它们的工作原理。注:海平面空气密度 ρo = 1.2250 kg/m3
海拔
z (m)
温度
T (K)
气压
p (bar)

相对 密度 ρ/ρo 
动力粘度
n x 10-5 (m2/s)
导热率
k x 10-2
(W/m K)
声速
c (m/s)
0288.151.013251.00001.4612.534340.3
10000223.30.26500.33763.5252.007299.8
20000216.70.055290.0725815.9891.952295.1
  1. 书中图 2.2 给出了两种翼型的摩擦习俗和弦长之间的关系,文本中也给出了阻力系数。通过从图中计算相关积分,检查给出数字的一致性。
  2. 查找高雷诺数条件下圆柱体的阻力系数表,并使用文本中给出的翼型的阻力系数,验证圆柱体和翼型之间的对比。
  3. 程序 runcurvthikcamb.m 可以从翼型轮廓中恢复弯度曲线和翼型厚度,该程序在.../Ch2 目录中提供,并在../Ch2/Ch2Docs 目录中有一些解释。它调用了.../Ch2/Ch2lib 目录中的函数。运行该程序,处理几个nacaxxxx 翼型,并检验关于翼型最大厚度和最大弯度位置的陈述是否正确。
  4. 查找一种名为“Rotor Plane Kite”的玩具,它使用旋转翼来产生升力。使用Kutta-Zhukowsky 公式(公式2.5)解释它的工作原理。定量结果可能难以获得,但你可以尝试研究“Flettner Rotor”在海事应用中的推进原理。可以在Google上搜索FanWing/EU SOAR,以了解一种遥控自由飞行模型。
  1. 假定稳态、无粘、不可压缩流。证明流线曲率方程:
                  ρ|u|2/ R en + grad ρ = 0 ,
    其中 en 是流线 x(t) 的单位法向量, dx/dt = u, 其中 R 是其曲率半径。
  2. 证明势流满足欧拉方程,即存在一个梯度可以抵消物质速度导数。