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非定常空气动力学

作者:汇感百科  阅读:次  类别:中国百科

    研究物体相对于空气的运动随时间变化时物体的空气动力变化规律的学科。20世纪20年代初,从多起飞机坠落事故中人们认识了气动力、弹性力和惯性力三者的耦合现象机翼颤振(见气动弹性力学),非定常空气动力学也随之开始发展。1924年导出二维振荡平板非定常升力的第一个数学表达式,到了30年代末,二维振荡机翼非定常气动力的理论已趋于完整,奠定了这一学科的基础。第二次世界大战中,飞机的速度接近了音速,同时导弹也问世了;除颤振外,又出现了像飞机抖振、弹道导弹的地面风载、发动机的喷流噪声等新的气动弹性现象,使非定常空气动力学的研究内容得到了扩充。60年代以后,尤其是电子计算机的迅速发展,振荡机翼非定常气动理论得到了新的突破,即从二维发展到三维,由亚音速进入到跨音速和超音速,由单独翼面而计及多部件气动干扰(如机翼与外挂物、机翼与尾翼等)。

    非定常空气动力按其特征可分为三类:

    ① 振荡型:运动特性随时间呈周期性变化。如飞机的颤振、嗡鸣和动导数,弹道导弹的地面风载等。

    ② 瞬变型:运动特性随时间呈非周期性的突然变化。如飞机进入锐缘阵风、机动飞行和舵面偏转运动等,尤其是导弹在飞行过程中速度和姿态不断地改变,对它作飞行动力学分析时,需要在气动力中计入瞬变效应。

    ③ 随机型:运动或流动特性随时间呈不规则的随机性变化。如因飞机的失速、抖振、飞行器表面激波振荡引起的压力脉动、湍流尾迹、喷流噪声等。这类问题与前两者不同,需要用统计方法研究。

    非定常气动力问题的分析方法一般分为两类:频域分析和时域分析。前者用于计算振荡型运动,例如60年代后随着计算机发展而建立的各种线化非定常升力面数值解法,包括核函数法及有限基本解法等,随机型的功率谱方法也属于这一类;后者适用于计算瞬变型运动,例如特征函数法和时间历程法等。频域与时域分析可以通过傅里叶变换互相转化。

    在非定常粘性流方面,已采用一些经验方法来分析激波-边界层的弱干扰,并可预示飞机抖振发生的边界点和定性地揭示飞机失速的现象。

    由于理论方法的局限性,大量的非定常气动力问题需要靠试验来解决。非定常气动力试验包括测力、测压、流场显示和测响应等。响应测量方法是通过测出系统响应的时间历程(即随时间的变化过程),再采用参数识别方法得到所需的气动力系数。