冲击波以及超音速飞机 - PowerPoint PPT Presentation

slide1 n.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
冲击波以及超音速飞机 PowerPoint Presentation
Download Presentation
冲击波以及超音速飞机

play fullscreen
1 / 16
冲击波以及超音速飞机
168 Views
Download Presentation
allen-wheeler
Download Presentation

冲击波以及超音速飞机

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript

  1. 冲击波以及超音速飞机 关于艏拨和超音速飞机的一些介绍 04.4.14 作者:周维 PB0320319 5

  2.        冲击波 的产生  当波源速度Vs大于波速u的时候,波源位于波前的前方,设在时间t内点波源由A运动到B,AB=Vst,而在同一时间内,A处波源发出的波才传播了ut,这时波源在不同时刻发射的波面相交,它们的包络面是以波源为顶点的一个圆锥面,称为马赫锥。其半顶角α满足关系:

  3. Vs / u是一个很 重要无量纲的参数,称为马赫数。 奥地利物理学家马赫首先研究了冲击波 请点击

  4. D S T  W A a b c/2 C/2 艏波的例子很多,如子弹掠空的呼啸 声,超音速飞机的爆炸似的声音,还 有汽艇经过水面后的尾波……所以是 很司空见惯的事情。而水波由于特殊的色散关系会有其半顶角a与Vs无关 下面我们来作分析: 如右图的马赫锥  如果我们取AT的中点W,得到 如下图 

  5. T  W A a b c/2 C/2 会有: 在有色散的情况下各种相速的波都会被激发起来, 尾迹是走的最快的波的表现,既尾迹角b是相速 最大的角ASW。所以我们应该取它对c的极值:

  6. 由此可得到 从而: 即水波的马赫锥半顶角由其本身的性质决定的 与船的速度无关,这是一个比较特殊的性质。 下面来介绍一下有关超音速飞机的机理。

  7. 在人类百年的航空史上,超越音速是一个具有非常意义突破在人类百年的航空史上,超越音速是一个具有非常意义突破 这是超音速飞机的超声波 为了突破音障,有不少飞行员付出了生命,直到1947年10月14日清晨 24岁的美国飞行员耶格尔上尉才驾驶 X—1火箭研究机进行第9次飞行 时,达到了1.07马赫(即10.7倍音速)。这时天空传来了一声打雷一样的巨响,这便是声爆。

  8. ●飞机的气动阻力 空气流作用到飞机上产生升力也产生阻力,阻力计算公式为: Q=Cx(ρυ*υ/2)S 其中Q为阻力,Cx为阻力系数, ρ为空气密度,υ为飞机速度,S为迎风面积有关的常数。超音速飞机的阻力有除了亚音速飞机的摩擦阻力,压差阻力,诱导阻力,干扰阻力外,还有一项特别的激波阻力:当物体以音速或超音速运动时,扰动波的传播速度等于或小于飞机前进速度,这样,后续时间的扰动就会同已有的扰动波叠加在一起,形成较强的波,空气遭到强烈的压缩、而形成了激波。 空气在通过激波时,受到薄薄一层稠密空气的阻滞,使得气流速度急骤降低,由阻滞产生的热量来不及散布,于是加热了空气。加热所需的能量由消耗的动能而来。在这里,能量发生了转化--由动能变为热能。动能的消耗表示产生了一种特别的阻力。这一阻力由于随激波的形成而来,所以就叫做“波阻”

  9. 这是苏联研制的米格-19,和美国研制的F-100是世界上应用最早这是苏联研制的米格-19,和美国研制的F-100是世界上应用最早 的超音速飞机

  10. (图)美国最先研制并装备空军使用的F—100A型昼间制空战斗机,成为世界上第一种平飞速度超过了音速的先进战机                                                             

  11. 阻力对于飞机的飞行性能有很大的影响,特别是在高速飞行时,激波和波阻的产生,对飞机的飞行性能的影响更大。这是因为波阻的数值很大,能够消耗发动机一大部分动力。例如当飞行速度在音速附近时,根据计算,波阻可能消耗发动机大约全部动力的四分之三。这时阻力系数Cx急骤地增长好几倍。阻力对于飞机的飞行性能有很大的影响,特别是在高速飞行时,激波和波阻的产生,对飞机的飞行性能的影响更大。这是因为波阻的数值很大,能够消耗发动机一大部分动力。例如当飞行速度在音速附近时,根据计算,波阻可能消耗发动机大约全部动力的四分之三。这时阻力系数Cx急骤地增长好几倍。 在超音速飞行情况下,压强分布变化非常大,最大稀薄度向后远远地移动到尾部,而且向后倾斜得很厉害,同时它的绝对值也有增加。因此,如果不考虑机翼头部压强的升高,那么压强分布沿与飞行相反方向的合力,急剧增大,使得整个机翼的总阻力相应有很大的增加。这附加部分的阻力就是波阻。由于它来自机翼前后的压力差,所以波阻实际上是一种压差阻力。

  12. 当然,如果飞机或机翼的任何一点上的气流速度不接近音速,是不会产生激波和波阻的。当然,如果飞机或机翼的任何一点上的气流速度不接近音速,是不会产生激波和波阻的。 波阻的大小显然同激波的 形状有关, 而激波的形状在飞行M数 不变的情况下; 又主要决定于物体或飞机的形状 ,特别是头部的形状。按相对于飞行速度(或气流速度)成垂直或成偏斜的状态,有正激波和斜激波两种不同的形状。成垂直的是正激波,成偏斜的是斜激波。

  13. 如果物体的头部尖削,象矛头或刀刃似的,形成的是斜激波;如果物体的头部是方楞的或圆钝的,在物体的前面形成的则是正激波。如果物体的头部尖削,象矛头或刀刃似的,形成的是斜激波;如果物体的头部是方楞的或圆钝的,在物体的前面形成的则是正激波。 正激波的波阻要比斜激波大,因为在正激波下,空气被压缩得很厉害,激波后的空气压强和密度上升的最高,激波的强度最大,当超音速气流通过时,空气微团受到的阻滞最强烈,速度大大降低,动能消耗很大,这表明产生的波阻很大;相反的,斜激波对气流的阻滞较小,气流速度降低不多,动能的消耗也较小,因而波阻也较小。斜激波倾斜的越厉害,波阻就越小。所以现代的超音速飞机头部都做成流线型,最主要的原因还是这个。

  14. 其实地球逆着太阳风运行,地磁场被压缩成磁层。其实地球逆着太阳风运行,地磁场被压缩成磁层。 磁层外有明显的流线型边界,称为磁顶层。与船 在水上行驶一样,在太阳风 中航行的地球也产生 艏波,磁顶层就是艏波的前缘 太 阳 风 磁层 艏波波前 磁尾 地球

  15. 参考文献 新概念物理学教程 . 赵凯华,罗蔚茵 1995 高等教育出版社Newton科学世界(杂志) 2003.1.2 科学出版社 力学………………...扬维泓 2003 中国科大出版社