高速飞行的基本特点课件讲解

PART高速飞行的基本特点11当飞机低速飞行时，把空气看成是不可压缩的。但在高速飞行时，空气的可压缩性引起了空气流动规律的一些本质性的变化，这时就必须考虑空气的可压缩性了。空气的可压缩性是造成高速飞行不同于低速飞行的主要原因。2.5.1空气的可压缩性和飞行马赫数1空气的可压缩性2飞行马赫数飞机飞行的马赫数（Ma）等于飞机空速与当前飞行高度处声速的比值，是一个无量纲的量。马赫数既反映了飞机飞行对空气施加的压力变化量的大小，也反映了空气可压缩性的大小。马赫数越大，说明飞机对空气的压缩程度更大。这样，空气的可压缩性表现的越明显，对飞行的影响就越大。2.5.2高速飞行气流的加速和减速特性当Ma＜0.4时，流速变化带来的空气密度的变化很小，可以忽略不计，认为空气密度ρ=常数，流管的截面面积就必须减小才能使气流加速。当Ma=1.0时，流管截面面积保持不变。当Ma＞1.0时，随着马赫数的增大，空气密度减小的百分数越来越大。这时，为了保持质量流量不变，流管的截面面积必须加大。也就是超声速气流是通过流管扩张来加速的为了使亚声速气流加速到超声速，必须使用先收缩后扩张的流管。亚声速气流先在流管的收缩部分加速，并在流管的最细部位（流管的喉部）达到声速，然后再在流管的扩张部分继续加速成为超声速气流。这种形状的流管叫做拉瓦尔喷管，也叫做超声速喷管。2.5.2高速飞行气流的加速和减速特性2.5.3马赫锥、激波和膨胀波飞机在空中飞行时，对空气产生的小扰动以声速向外传播，使周围空气受到扰动。当飞机的速度大于声速时，飞机会领先它所发出的扰动波而跑到扰动波的前面。当飞机以超声速飞行时，通过飞机机头作各扰动波波面的切线，切线形成的圆锥体叫做马赫锥。马赫锥面就是超声速飞行时受扰动空间与未受扰动空间的分界面。1马赫锥2激波激波是气流以超声速流过带有内折角物体表面时，受到强力压缩而形成的强扰动波。随着马赫数的增加，激波逐渐产生。气流通过激波后空气的参数发生剧烈的变化，速度下降，温度、压力、密度上升。激波在空气中的传播速度大于声速，激波的强度越大，传播的速度越快。3膨胀波

当超声速气流流过带有外折角的物体表面时，流管变粗，气流速度加快，压力下降。由于物体外折角对超声速气流的扰动，引起气流膨胀加速的扇形波叫做膨胀波。气流通过一个个波面逐渐加速降压，并转变方向，最后生成更高速的气流，沿外折后的物体表面流走。超声速气流是通过激波压缩减速，通过膨胀波膨胀加速的。2.5.4临界马赫数和临界速度飞机飞行时，流过机翼表面各处的气流速度并不等于飞机的飞行速度，在正迎角的情况下，流过机翼上翼面的气流被加速，在翼型的压力最低点处，流速达到最大。考虑到空气的可压缩性，气流的流速增加，不但静压要下降，温度和密度也要下降，这样，在最大速度点处温度也最低，声速也最小。所以，该点处的局部马赫数是流场中最大的。随着飞机飞行速度的不断提高，该点处的局部气流速度越来越高，局部声速越来越低，局部马赫数也越来越大。当飞机飞行速度还没有达到飞行高度的声速时，但该点处的局部气流速度就可能达到了该处的局部声速，局部马赫数达到了1，形成了等声速点。此时，飞机飞行的马赫数就叫做临界马赫数，飞机飞行的速度就叫做临界速度。2.5.5声障和热障正是因为在Ma＞M临后，翼型的空气动力特性出现了如此复杂的变化，使得亚声速飞机一旦飞行马赫数接近临界马赫数，除了阻力突然增大使飞机难以加速外，升力也会骤然下降，造成飞机失速。还会出现飞机自动低头俯冲，飞机抖振、操纵效率下降和自动横滚等现象，使飞机失去控制，甚至会造成严重的飞行事故。即使加大亚声速飞机发动机的功率或推力，也不可能克服这些现象进行跨声速飞行。这些现象就是所谓的“声障”。气流流过机体时，附面层内的空气受到摩擦阻滞，温度升高，气流的动能转变为热能，对机体表面进行加热，这就是空气动力加热。亚声速飞行时，摩擦阻滞产生的热量少，很快在空中散掉了，机体表面温度增加不多，也就不存在“热障”问题。但当飞机在空中进行超声速飞行时，空气动力加热的问题就逐渐严重了。以超声速进行长时间的巡航飞行时，长时间的空气动力加热不但使机体表面温度升高，而且会使机体结构热透，并使座舱温