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流體力學在航空航天方面 的應用

211/05/19

什么是流體？ 什么是流體？
氣體： 氣體：容易壓縮

能流動的物體叫流體
液體： 液體：幾乎不能壓縮

理想流體： 理想流體：
一種不可壓縮、且無內(nèi)摩擦力或粘滯性的 一種不可壓縮、 無內(nèi)摩擦力或粘滯性的 不可壓縮

流體
粘滯性可視為流體的內(nèi)摩擦力，由于粘滯性的存在要使一層 粘滯性可視為流體的內(nèi)摩擦力， 流體相對于另一層流體滑動， 流體相對于另一層流體滑動，就需要力的作用液體和氣體都 有粘滯性。液體的粘滯性大于氣體。 有粘滯性。液體的粘滯性大于氣體。

實驗表明：粘滯力正比于速度梯度和面積。 實驗表明：粘滯力正比于速度梯度和面積。

帕斯卡原理： 帕斯卡原理：

封閉容器內(nèi)的液體任一處所受的 壓力變化， 壓力變化，可以傳遞至液體內(nèi)部 其它各處，且強度不變。 其它各處，且強度不變。

流體力學在航天方面應用： 流體力學在航天方面應用：

思考： 思考：機翼的形狀

（1是）平板形翼剖面，它相當于風箏的剖面，靠 是 平板形翼剖面，它相當于風箏的剖面， 迎角產(chǎn)生升力；（ ；（2）是典型的鳥翼剖面， 迎角產(chǎn)生升力；（ ）是典型的鳥翼剖面，多用于 ；（3） （ ） 早期的飛機上；（ 早期的飛機上；（ ）—（6）為上拱下略平的翼剖 氣動力特別好升力大多用于亞音速飛機； 面，氣動力特別好升力大多用于亞音速飛機；

其他為翼剖面上下翼形對稱， 其他為翼剖面上下翼形對稱，能做成薄形機 對超音速飛行有好處， 翼，對超音速飛行有好處，多用于超音速飛 機的機翼上。 機的機翼上。

當不可壓縮的流體沿水平流管流動時， 當不可壓縮的流體沿水平流管流動時，如 果流管各處橫截面不同， 果流管各處橫截面不同，流體在面積小處 加速，在面積大處減速，如河流中的水。 加速，在面積大處減速，如河流中的水。 速度的變化表明流體在水平方向受到合力 的作用。 的作用。

這表明： 這表明：流管內(nèi)不同兩點的壓力差不僅于這 兩點的高度有關，還于這兩點的流速差有關。 兩點的高度有關，還于這兩點的流速差有關。
這個問題由伯努利于1728年首先解決。在理 年首先解決。 這個問題由伯努利于 年首先解決 想流體下其表達式為： 想流體下其表達式為：
2

p v z+ + = 常數(shù) ρ g 2g

第一項表示單位重量的流體所具有的位勢 能； 第二項表示單位重量流體的壓強勢能； 第二項表示單位重量流體的壓強勢能；

第三項表示單位重量流體具有的動能。 第三項表示單位重量流體具有的動能。

伯努利方程可敘述為： 伯努利方程可敘述為：
理想不可壓縮流體在重力作用下做定常流 動時，沿同一流線(或微元束 或微元束)上各點的單 動時，沿同一流線 或微元束 上各點的單 位重量所具有有的

位勢能、壓強勢能之和保持不變即機械能是一常數(shù)， 位勢能、壓強勢能之和保持不變即機械能是一常數(shù)，但三 種能量之間可以相互轉化。 種能量之間可以相互轉化。

回到機翼形狀：很容易理 回到機翼形狀： 解伯努利方程。如圖： 解伯努利方程。如圖：

圖一：上拱下略平，氣動性好，升力大， 圖一：上拱下略平，氣動性好，升力大， 多用于亞音速飛機

圖二：上下翼對稱，能做成薄形機翼， 圖二：上下翼對稱，能做成薄形機翼， 多用于超音速飛機

圖二獲得相同的升力受到的 阻力小。 阻力小。

實際中， 實際中，可根據(jù)形狀流體的運動的

影響設計符合

要求的機翼形狀。 要求的機翼形狀。

超音速飛機， 超音速飛機，突破 音速時 產(chǎn)生的音障 產(chǎn)生的音障

總結： 總結： 理想流體 帕斯卡原理 伯努利方程



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