項目三飛機飛行的基本原理目錄/CONTENTS流體流動基本定律飛機的升力飛機的阻力增升裝置高速飛行的特點飛機的飛行性能直升機的飛行原理3.5高速飛行的特點高速氣流特性激波與臨界Ma聲障/聲爆/熱障超聲速飛行器的外形超聲速vs亞聲速飛行器外形1.1空氣的可壓縮性指一定量的空氣，在壓力或溫度變化時，其體積和密度發生變化的特性。對于空氣來說，可壓縮性又與流動速度相關。低速流動的氣體，看成是不可壓縮的。不同的介質具有不同的可壓縮性。隨著飛行速度的不斷提高，空氣的壓縮性逐漸明顯地表現出來，特別是高速飛行時，空氣的可壓縮性引起了空氣流動規律的一些本質性的變化，這時就不得不考慮空氣的可壓縮性了。即空氣的可壓縮性是造成高速飛行不同于低速飛行的主要原因之一。3.5高速飛行的特點1.2聲速（a）指聲波在介質中傳播的速度。聲速（音速）的大小看成是表示介質可壓縮性大小的一個指標。聲速越大↑，表明介質的可壓縮性越小↓。高速氣流特性激波與臨界Ma聲障/聲爆/熱障超聲速飛行器的外形超聲速vs亞聲速飛行器外形3.5高速飛行的特點對于同一個介質來說，聲速只和介質的溫度有關，即空氣溫度↑，a↑。飛行速度20040060080010001200空氣密度增加的百分比1.3%5.3%12.2%22.3%45.8%56.6%空氣的壓縮性與溫度的關系：溫度越高，越難壓縮。此外，聲速的快慢，取決于高度的變化。

聲速一般在10~11公里以下，高度升高，聲速下降。高速氣流特性激波與臨界Ma聲障/聲爆/熱障超聲速飛行器的外形超聲速vs亞聲速飛行器外形空氣密度隨飛行速度變化的關系3.5高速飛行的特點

高速氣流特性激波與臨界Ma聲障/聲爆/熱障超聲速飛行器的外形超聲速vs亞聲速飛行器外形3.5高速飛行的特點高速氣流特性激波與臨界Ma聲障/聲爆/熱障超聲速飛行器的外形超聲速vs亞聲速飛行器外形Ma＜0.6時，低速飛行有的資料上面馬赫數＜0.4，這里低速只是一個模糊的界限，在這些值左右就可以了。0.6＜Ma＜0.85時，亞聲速飛行這個范圍和外形相關，外形如果不是流線型，不是尖前緣，這個馬赫數上限可能還會降低。0.85＜Ma＜1.3時，跨聲速飛行即在流場中，亞聲速和超聲速的流動是同時存在的。1.3＜Ma＜5時，超聲速飛行此時流場中完全是超聲速氣流。亞聲速流場沒有任何超聲速成分存在，而超聲速也沒有任何亞聲速成分存在；這點和跨聲速是不同的。Ma＞5時，高超聲速飛行這時一般會產生比較嚴重的氣動熱，是需要考慮的。3.5高速飛行的特點水滴水里面會形成一個水波，船在水中航行也會產生水波。

2.1激波高速氣流特性激波與臨界Ma聲障/聲爆/熱障超聲速飛行器的外形超聲速vs亞聲速飛行器外形3.5高速飛行的特點飛機的飛行速度不同，周圍空受到的擾動情況也不相同。高速氣流特性激波與臨界Ma聲障/聲爆/熱障超聲速飛行器的外形超聲速vs亞聲速飛行器外形3.5高速飛行的特點飛機靜止時（v=0）亞聲速飛行（v＜a）等聲速飛行（v=a）飛行速度超過聲速時高速氣流特性激波與臨界Ma聲障/聲爆/熱障超聲速飛行器的外形超聲速vs亞聲速飛行器外形3.5高速飛行的特點高速氣流特性激波與臨界Ma聲障/聲爆/熱障超聲速飛行器的外形超聲速vs亞聲速飛行器外形3.5高速飛行的特點超聲速飛行時，空氣遭到強烈的壓縮形成激波。高速氣流特性激波與臨界Ma聲障/聲爆/熱障超聲速飛行器的外形超聲速vs亞聲速飛行器外形3.5高速飛行的特點（1）激波阻力空氣通過激波之后，當馬赫數＞1時，形成激波；通過激波面之后，波前波后速度會發生很大的變化：速度急劇減小，而壓強（p）、溫度（T）、密度（ρ）急劇增大。伴隨有巨大的能量損失，這時會產生激波阻力。高速氣流特性激波與臨界Ma聲障/聲爆/熱障超聲速飛行器的外形超聲速vs亞聲速飛行器外形3.5高速飛行的特點（2）激波的類型氣流通過正激波時，產生的波阻要比通過斜激波時大。高速氣流特性激波與臨界Ma聲障/聲爆/熱障超聲速飛行器的外形超聲速vs亞聲速飛行器外形正激波斜激波。3.5高速飛行的特點（3）波阻大小與激波的形狀的關系波阻的大小又主要取決于物體或飛行器的形狀。高速氣流特性激波與臨界Ma聲障/聲爆/熱障超聲速飛行器的外形超聲速vs亞聲速飛行器外形3.5高速飛行的特點高速氣流特性激波與臨界Ma聲障/聲爆/熱障超聲速飛行器的外形超聲速vs亞聲速飛行器外形正激波：波面與氣流方向接近于垂直，氣流通過正激波時，流速由超聲速降為亞聲速，是最強的激波，激波阻力最大。斜激波：波面沿氣流方向傾斜，流速降為亞聲速或超聲速，流速方向折轉，激波較弱，激波阻力小。3.5高速飛行的特點2.2臨界馬赫數整個流場的最大馬赫數達到1時，所對應的來流（或飛行器飛行的馬赫數）馬赫數就稱為臨界馬赫數。超過超臨界馬赫數，局部激波阻力大幅增加。臨界馬赫數是翼型一級飛行器設計的重要參數，決定高亞聲速度飛行器設計水平。翼型的臨界馬赫數一定是小于1的高速氣流特性激波與臨界Ma聲障/聲爆/熱障超聲速飛行器的外形超聲速vs亞聲速飛行器外形3.5高速飛行的特點2.3局部激波局部激波的形成如果飛機的飛行速度稍大于臨界速度，機翼上就會出現一個局部超聲速區，在超音速和亞音速流動之間產生一個正激波，使超聲速氣流通過正激波減速增壓，以突變的形式轉變為亞聲速氣流，這個正激波稱為“局部激波”。氣流通過局部激波溫度升高，說明要受到激波阻力。高速氣流特性激波與臨界Ma聲障/聲爆/熱障超聲速飛行器的外形超聲速vs亞聲速飛行器外形3.5高速飛行的特點高亞聲速度就是其馬赫數在0.7~0.8左右，飛行速度較快，同時又沒有激波產生。巡航導彈的馬赫數也是在0.8左右。高速氣流特性激波與臨界Ma聲障/聲爆/熱障超聲速飛行器的外形超聲速vs亞聲速飛行器外形3.5高速飛行的特點激波后的壓強迅速增大，大于激波前的壓強。附面層內的氣流由后向前發生倒流，出現氣流分離，形成了許多旋渦，這種現象稱為“激波誘導附面層分離”。分離之后，使渦流區壓力減小，形成附加的壓差阻力.高速氣流特性激波與臨界Ma聲障/聲爆/熱障超聲速飛行器的外形超聲速vs亞聲速飛行器外形3.5高速飛行的特點局部激波后面氣流壓強急劇升高，使其與下翼面的壓強所形成的壓強差隨之降低，因此整個機翼上的升力也急劇降低，也會造成失速。這種由局部激波引起的失速現象，稱為“激波失速”。高速氣流特性激波與臨界Ma聲障/聲爆/熱障超聲速飛行器的外形超聲速vs亞聲速飛行器外形思考題：激波失速與大迎角失速的異同？3.5高速飛行的特點3.1聲障接近聲速，激波阻力激增，即聲障。聲障產生原因：局部激波和波阻的出現。螺旋槳飛機無法克服。思考：突破聲障主要采取哪些措施呢？高速氣流特性激波與臨界Ma聲障/聲爆/熱障超聲速飛行器的外形超聲速vs亞聲速飛行器外形3.5高速飛行的特點①采用噴氣式發動機（推重比大）②采用后掠翼（提高臨界馬赫數，減小波阻）高速氣流特性激波與臨界Ma聲障/聲爆/熱障超聲速飛行器的外形超聲速vs亞聲速飛行器外形3.5高速飛行的特點后掠翼的作用就是提高臨界馬赫數，同時降低波阻。只有垂直于機翼前緣分量是產生升力的有效速度；提高臨界馬赫數，推遲局部激波產生；有效速度減小，也能減阻。后掠角越大，有效速度越小；后掠角越小，有效速度越大；當后掠角為0是，有效速度就是來流速度。v——來流速度v2（v1=vsinχ）——平行于前緣的速度v1（v1=vcosχ）——垂直于前緣的速度高速氣流特性激波與臨界Ma聲障/聲爆/熱障超聲速飛行器的外形超聲速vs亞聲速飛行器外形3.5高速飛行的特點后掠翼也存在弊端①低速性能不好；②失速特性不好；③結構的受力形式不好。高速氣流特性激波與臨界Ma聲障/聲爆/熱障超聲速飛行器的外形超聲速vs亞聲速飛行器外形3.5高速飛行的特點后掠翼能使原本平行于飛機飛行方向的空氣速度更快，大大延緩了聲爆產生的時間，讓普通客機能夠在接近聲速的速度上安全飛行；而戰斗機加上角度很大的三角翼。提高臨界馬赫數、改善飛機的跨聲速空氣動力特性、減小波阻。高速氣流特性激波與臨界Ma聲障/聲爆/熱障超聲速飛行器的外形超聲速vs亞聲速飛行器外形減小波阻還得要從飛行器本身設計著手。那飛行器設計時如何減小波阻呢？3.5高速飛行的特點從激波產生特點、激波阻力等方面來看：尖前緣、薄翼型、對稱翼型；錐形頭部；后掠翼或前掠翼；光滑表面。高速氣流特性激波與臨界Ma聲障/聲爆/熱障超聲速飛行器的外形超聲速vs亞聲速飛行器外形3.5高速飛行的特點你聽到“砰”的爆炸聲是怎么回事呢？高速氣流特性激波與臨界Ma聲障/聲爆/熱障超聲速飛行器的外形超聲速vs亞聲速飛行器外形3.5高速飛行的特點3.2聲爆飛行器在超聲速飛行時，產生的激波傳到地面，形成如同雷鳴般的爆炸聲。聲爆過大可對地面的居民和建筑造成損害。高速氣流特性激波與臨界Ma聲障/聲爆/熱障超聲速飛行器的外形超聲速vs亞聲速飛行器外形3.5高速飛行的特點3.3熱障當飛行馬赫數超過3，氣動加熱嚴重，結構溫度升高，造成結構破壞，危機安全。由于氣動加熱：飛行速度表面溫度2Ma（120℃）

3Ma（370℃）

20Ma（3000℃）

因此，這將影響飛機結構材料的選用。高速氣流特性激波與臨界Ma聲障/聲爆/熱障超聲速飛行器的外形超聲速vs亞聲速飛行器外形3.5高速飛行的特點溫度為370℃左右時，一般飛機采用什么金屬？①耐高溫材料，如鈦合金、不銹鋼。②冷卻法

用冷卻液或冷卻氣。③防熱涂層、隔熱層、燒蝕法（石墨和陶瓷）。SR-71，Ma=3.3，高度30km，93%鈦合金高速氣流特性激波與臨界Ma聲障/聲爆/熱障超聲速飛行器的外形超聲速vs亞聲速飛行器外形3.5高速飛行的特點航天飛機，首要是防熱，其次是減阻。高速氣流特性激波與臨界Ma聲障/聲爆/熱障超聲速飛行器的外形超聲速vs亞聲速飛行器外形3.5高速飛行的特點隔熱瓦高速氣流特性激波與臨界Ma聲障/聲爆/熱障超聲速飛行器的外形超聲速vs亞聲速飛行器外形3.5高速飛行的特點4.1超聲速翼型特點前緣尖翼型薄輪廓變化平緩的翼剖面高速氣流特性激波與臨界Ma聲障/聲爆/熱障超聲速飛行器的外形超聲速vs亞聲速飛行器外形3.5高速飛行的特點4.2超聲速機翼平面形狀和布局形式①后掠翼F-86佩刀閃電高速氣流特性激波與臨界Ma聲障/聲爆/熱障超聲速飛行器的外形超聲速vs亞聲速飛行器外形3.5高速飛行的特點②三角翼導彈殲-8Ⅱ三角翼的低速氣動性能比較差，超聲速特性好。高速氣流特性激波與臨界Ma聲障/聲爆/熱障超聲速飛行器的外形超聲速vs亞聲速飛行器外形3.5高速飛行的特點③小展弦比可改善低速氣動特性高速氣流特性激波與臨界Ma聲障/聲爆/熱障超聲速飛行器的外形超聲速vs亞聲速飛行器外形3.5高速飛行的特點④可變后掠翼

可解決高、低速性能矛盾。高速氣流特性激波與臨界Ma聲障/聲爆/熱障超聲速飛行器的外形超聲速vs亞聲速飛行器外形3.5高速飛行的特點⑤邊條翼解決高、低速矛盾高速氣流特性激波與臨界Ma聲障/聲爆/熱障超聲速飛行器的外形超聲速vs亞聲速飛行器外形3.5高速飛行的特點高速氣流特性激波與臨界Ma聲障/聲爆/熱障超聲速飛行器的外形超聲速vs亞聲速飛行器外形3.5高速飛行的特點高速氣流特性激波與臨界Ma聲障/聲爆/熱障超聲速飛行器的外形超聲速vs亞聲速飛行器外形3.5高速飛行的特點F-16蘇-27米格-29高速氣流特性激波與臨界Ma聲障/聲爆/熱障超聲速飛行器的外形超聲速vs亞聲速飛行器外形3.5高速飛行的特點⑥“鴨”式翼平尾移至機翼前面，減小縱向靜穩定性，高機動、低速起降性能。殲-10高速氣流特性激波與臨界Ma聲障/聲爆/熱障超聲速飛行器的外形超聲速vs亞聲速飛行器外形3.5高速飛行的特點⑦無尾式布局減輕重量，降低阻力；但穩定性差。“協和”客機高速氣流特性激波與臨界Ma聲障/聲爆/熱障超聲速飛行器的外形超聲速vs亞聲速飛行器外形3.5高速飛行的特點4.3超