4.1.4 伯努利方程

4.1.4 伯努利方程

伯努利定理用能量的观点来解释压力随流速的变化关系时,用的是压力能和动能的概念。但是,在飞行原理中,往往用静压和动压的概念。静压与动压之和,称为气流的全压。因此,描述气流流动过程中能量的变化关系即压力(压力能)和流速(动能)的关系,通常用静压(静压力)、动压(动压力)和全压来表示。

(1)静压(静压力)。空气垂直作用于物体表面的压力是静压力,简称静压,用p表示。

(2)动压(动压力)。流动的空气受到物体阻挡时,流速(动能)降低,而静压增大。逆风前进之所以感到很大压力,就是这个原因。既然空气在流速降低时,静压会增大,所以常把空气在流速降低到零时,静压所能增加的数量,称为动压力,简称动压,用q表示。试验和理论分析证明,动压的大小与空气密度(ρ)和气流速度(v)两个因素有关,其数值为

(3)全压。在流动的空气中,空气流过任何一点时所具有的静压与动压之和,称为空气在该点的全压,用p 0表示。飞机飞行时,相对气流中空气的全压,就等于当时飞行高度上的大气压力加上相对气流中飞机前方的空气所具有的动压。

由于稳定气流中,压力能与动能之和等于一个常量,因此,气流的静压与动压之和(全压)也应等于一个常量。即

上述数学表达式称为低速流动的伯努利方程。方程中的静压(p)可以认为是单位体积内空气所具有的压力能,动压是单位体积内空气所具有的动能,而全压(p 0)是单位体积内空气所具有的压力能与动能的总和。可见,在全压一定的条件下,当气流速度加快时,动压增大,静压必然减小,而气流速度减慢时,动压减小,静压必然增大。

这里应注意,在飞行中,相对气流中的全压等于飞机所在高度上的大气压力加上相对气流的动压。当保持飞行高度不变时(如平飞),静压不变(该高度上的大气压力),如果飞行速度增大,则相对气流的动压增大,全压也随之增大。因此,伯努利方程中的全压(p 0)应等于一个新的常量。