空气动力学
第二章 空气动力学
2.1.3 流场、 定常流和非定常流
➢ 流场：流体流动所占据的空间称为流场。 ➢ 流场的选取可根据研究的需要进行确定。可大可小。
非定常流与定常流
➢ 非定常流与非定常流场：
在流场中的任何一点处，如果流体微团流过时的流动参 数——速度、压力、温度、密度等随时间变化，这种流动 就称为非定常流，这种流场被称为非定常流场。
的地方, 却流得比较快。 夏天乘凉时, 我们总喜欢坐在两座房屋之间的过道中, 因
为那里常有“ 穿堂风”。 在山区你可以看到山谷中的风经常比平原开阔的地方来得
大。
连续方程
质量守恒定律
➢ 质量守恒定律是自然界基本的定律之一, 它说明物质既不 会消失, 也不会凭空增加。
➢ 应用在流体的流动上: 在定常流动中，当流体低速、稳 定、连续不断地流动时, 流进任何一个截面的流体质量
➢ 只要相对气流速度相同 ， 产生的空气动力也就相等。
（非定常流动转换为定常流动）
风洞实验
➢ 将飞机的飞行转换为空气的流动 ，使空气动力问题的研 究大大简化。
➢ 风洞实验就是根据这个原理建立起来的。
风洞应用
相对气流方向的判定
➢ 相对气流的方向与飞机运动的方向相反 。
平飞时：
相对气流方向 飞行速度方向
➢ 对于不可压缩的、理想的流体( 没有粘性) 表示为：
p1v2
2
p0
常数
静压
动压
总压
➢ 静压：单位体积流体具有的压力能。在静止的空气中， 静压等于大气压力。 ➢ 动压：单位体积流体具有的功能。 ➢ 总压：静压和动压之和。
p1v2
2
p0
常数
➢ 上式即为：不可压缩的、理想的流体( 没有粘性) 的伯努利 方程。
空气动力学及其应用
空气动力学及其应用概述：空气动力学是研究空气对物体运动的影响的科学。
它在各个领域都有广泛的应用，包括航空航天、汽车工程、风力发电等。
本文将介绍空气动力学的基本原理及其在实际应用中的一些例子。
一、空气动力学的基本原理空气动力学研究的对象是空气流动对物体运动的影响。
其中，流体力学和动力学是空气动力学的两个基本分支。
流体力学主要研究流体的运动规律，动力学则探究力对物体运动的影响。
1. 流体力学流体力学分为两个分支：静力学和动力学。
静力学研究的是静止流体的力学性质，而动力学研究的是流体的运动特性。
在空气动力学中，我们主要关注的是流体的动力学性质，即液体或气体的流动过程。
2. 动力学动力学是研究运动物体的力学原理。
在空气动力学中，我们需要考虑物体在空气中移动时所受到的阻力、升力和推力等因素。
其中，阻力是空气对物体运动的阻碍力，而升力是物体在空气中产生的向上的力，推力是物体在空气中产生的向前的力。
二、空气动力学的应用空气动力学在各个领域都有重要的应用，下面将介绍其中一些常见的应用领域。
1. 航空航天工程航空航天工程是空气动力学的典型应用领域之一。
在飞机的设计和制造过程中，空气动力学原理被广泛应用。
例如，空气动力学可以帮助设计机翼的形状和尺寸，以达到减小阻力、增加升力的目的。
此外，空气动力学还能够帮助优化飞机的外形和气动布局，提高飞行稳定性和操纵性能。
2. 汽车工程空气动力学在汽车工程中也有重要的应用。
通过减小汽车的阻力，可以提高汽车的燃油经济性和行驶稳定性。
例如，在汽车外形设计中，空气动力学原理可以指导优化车身的流线型，减小车身与空气之间的阻力。
同时，空气动力学还可以帮助优化车辆底部的空气动力学布局，减小底部的气流阻力。
3. 风力发电风力发电是一种利用空气动力学原理的可再生能源技术。
风力发电机的叶片利用风的流动产生动力，并通过转子变速器将动力转化为电能。
在风力发电机的设计和优化中，空气动力学的原理被广泛应用。
空气动力学基础知识什么是空气动力学
空气动力学基础知识什么是空气动力学空气动力学是力学的一个分支，研究飞行器或其他物体在同空气或其他气体作相对运动情况下的受力特性、气体的流动规律和伴随发生的物理化学变化。
以下是由店铺整理关于空气动力学基础知识的内容，希望大家喜欢!空气动力学的分类通常所说的空气动力学研究内容是飞机，导弹等飞行器在各种飞行条件下流场中气体的速度、温度、压力和密度等参量的变化规律，飞行器所受的升力和阻力等空气动力及其变化规律，气体介质或气体与飞行器之间所发生的物理化学变化以及传热传质规律等。
从这个意义上讲，空气动力学可有两种分类法：1)根据流体运动的速度范围或飞行器的飞行速度，空气动力学可分为低速空气动力学和高速空气动力学。
通常大致以400千米/小时(这一数值接近于地面1atm，288.15K下0.3Ma的值)这一速度作为划分的界线。
在低速空气动力学中，气体介质可视为不可压缩的，对应的流动称为不可压缩流动。
大于这个速度的流动，须考虑气体的压缩性影响和气体热力学特性的变化。
这种对应于高速空气动力学的流动称为可压缩流动。
2)根据流动中是否必须考虑气体介质的粘性，空气动力学又可分为理想空气动力学(或理想气体动力学)和粘性空气动力学。
除了上述分类以外，空气动力学中还有一些边缘性的分支学科。
例如稀薄气体动力学、高温气体动力学等。
空气动力学的研究内容在低速空气动力学中，介质密度变化很小，可视为常数，使用的基本理论是无粘二维和三维的位势流、翼型理论、升力线理论、升力面理论和低速边界层理论等;对于亚声速流动，无粘位势流动服从非线性椭圆型偏微分方程，研究这类流动的主要理论和近似方法有小扰动线化方法，普朗特-格劳厄脱法则、卡门-钱学森公式和速度图法，在粘性流动方面有可压缩边界层理论;对于超声速流动，无粘流动所服从的方程是非线性双曲型偏微分方程。
在超声速流动中，基本的研究内容是压缩波、膨胀波、激波、普朗特-迈耶尔流动(压缩波与膨胀波的基本关系模型及其函数模型)、锥型流，等等。
空气动力学的基本概念及其应用
空气动力学的基本概念及其应用空气动力学是研究空气对物体运动的影响以及通过空气流动产生的力的学科。
在工程领域，空气动力学被广泛应用于飞机、火箭、汽车、建筑物等的设计与优化。
本文将介绍空气动力学的基本概念以及其在不同领域中的应用。
一、空气动力学的基本概念1. 空气流动：空气动力学研究的核心是空气的流动行为。
空气可以被视为由无数微小分子组成的气体，其流动受到多种力的作用。
通过研究空气分子之间的相互作用以及其运动方式，我们可以了解空气流动的规律。
2. 动力学基本方程：空气动力学的研究基于质量守恒、动量守恒和能量守恒的基本方程。
这些方程描述了空气流体中质量、动量和能量的守恒关系，通过求解这些方程，我们可以推导出空气流动的特性。
3. 升力和阻力：在空气动力学中，升力和阻力是两个重要的概念。
升力是垂直于空气流动方向的力，它使得物体能够在空中飞行或产生上升力。
阻力是与空气流动方向相反的力，它会消耗物体的动能。
4. 压力和速度场：空气动力学研究的另一个关键概念是压力和速度场。
压力场描述了不同位置处空气分子的压力分布情况，速度场则描述了空气在不同位置处的流速。
通过研究压力和速度场的变化，我们可以了解空气流动的行为。
二、空气动力学的应用1. 飞机设计：空气动力学在飞机设计中起着至关重要的作用。
通过对飞机外形和机翼气动特性的研究，可以优化飞机的升力和阻力性能，提高飞机的飞行效率和燃油利用率。
同时，空气动力学研究还可以帮助设计更稳定和安全的飞机。
2. 汽车设计：空气动力学也被广泛应用于汽车设计中。
通过对汽车外形、车底流动以及空气阻力的研究，可以降低汽车在高速行驶中受到的阻力，使汽车更加省油和稳定。
此外，空气动力学还可以帮助改善汽车的操控性能和行驶稳定性。
3. 建筑设计：在建筑领域，空气动力学研究可以帮助优化建筑物的通风和隔热性能。
通过研究建筑物外形、风荷载和空气流动的关系，可以设计出更加节能和舒适的建筑环境。
此外，空气动力学研究还可以帮助预测大风对建筑物的影响，提高建筑物的抗风能力。
空气动力学
空气动力学空气动力学，又称为空气力学，是研究空气在物体表面流动产生的作用力及其变化规律的学科。
它是研究航空、航天等领域中的重要基础工程学科。
本文将从空气动力学的基本理论、应用及发展前景三个方面进行讲解。
一、空气动力学的基本理论1. 流体运动基本方程空气动力学研究空气在物体表面流动产生的变化规律，因此，必须首先了解流体运动的基本方程。
流体运动基本方程可分为三个方程，分别是连续性方程、动量守恒方程和能量守恒方程。
这三个方程讲述了液体或气体在运动过程中物质守恒、动量守恒和能量守恒的基本现象。
在空气动力学中，常常将连续性方程和动量守恒方程一起表示为Navier-Stokes方程组。
2. 边界层理论在空气动力学中，物体表面与空气之间的接触面形成了一个边界层。
边界层内的流动速度由于摩擦力的作用而降低，流速梯度迅速增大，流动变得非常不规则。
由于流动不规则，导致边界层内的流动无法用Navier-Stokes方程组解析，因此需要采用边界层理论来描述边界层内的流动。
边界层理论主要包括两个关键概念：边界层厚度以及失速现象。
边界层厚度是指从物体表面开始，空气流动速度下降到1/99最大速度时，空气的流动状态转变为虫状流动的距离。
失速现象是指在边界层内由于压力梯度过大，空气流速超过速度极限而失速的现象。
3. 升力和阻力在飞行器运行的过程中，除去重力，另一重要的作用力就是空气对于飞行器的阻力和升力。
升力是指飞行器在空气中的上升力，阻力是指飞行器在空气中的阻碍力。
升力和阻力的作用机理采用了符合空气动力学规律的气动力学原理，美国为普朗克方程，德国为刘第二定理。
二、空气动力学的应用空气动力学是应用广泛的工程学科，主要应用于航空、航天、汽车、风力发电等领域。
下面介绍空气动力学在航空和航天领域的应用。
1. 飞行器气动特性飞行器的气动特性是指飞行器在空气中运动时，受到空气动力学作用的特性。
通过空气动力学实验和数值模拟，可以研究气动特性的各种参数，如阻力、升力、升力系数等。
空气动力学
空气动力学概述空气动力学是研究物体在空气中运动时受到的力学效应的学科。
它主要研究物体在流体介质中运动时的力学特性和性能。
空气动力学的研究范围涉及飞行器、汽车、船舶等各种交通工具，以及建筑物、桥梁等建筑结构，甚至涉及生物体在空气中运动的现象。
空气动力学基本原理定义在空气动力学中，物体在流体中的运动被称为空气动力学运动。
研究空气动力学时，我们通常关注以下几个关键参数： - 速度（Velocity）：物体在流体中运动的速度。
- 密度（Density）：流体的密度，表示在给定体积中流体分子的数量。
- 粘度（Viscosity）：流体的粘度，描述了流体分子内聚的力量。
力学模型在空气动力学中，我们使用下面的几个力学模型来研究运动物体受到的力学效应：•定常流动模型（Steady Flow Model）：假设物体在流体中的运动速度、流体的密度和粘度都是恒定不变的。
•非定常流动模型（Unsteady Flow Model）：考虑流体速度和流体参数（如密度和粘度）随时间变化的情况。
•不可压缩流动模型（Incompressible Flow Model）：假设流体在运动过程中密度保持不变。
•可压缩流动模型（Compressible Flow Model）：考虑流体在运动过程中密度会发生变化的情况。
流体力学方程在空气动力学中，我们使用基本的流体力学方程来描述物体在流体中受到的力学效应：•欧拉方程（Euler’s Equation）：描述了流体的不可压缩流动模型，它基于质量守恒、动量守恒和能量守恒等原理。
•纳维-斯托克斯方程（Navier-Stokes Equation）：描述了流体的可压缩流动模型，它在欧拉方程的基础上加入了粘性项，更符合实际流体的运动特性。
应用领域空气动力学在许多领域都有广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：航空航天工程空气动力学在航空航天工程中具有重要的作用。
对于飞机、火箭、导弹等飞行器的设计和性能分析，空气动力学提供了基础理论和方法。
空气动力学
首先，根据流体运动的速度范围或飞行器的飞行速度，空气动力学可分为低速空气动力学和高速空气动力学。通常大致以400千米/小时这一速度作为划分的界线。在低速空气动力学中，气体介质可视为不可压缩的，对应的流动称为不可压缩流动。大于这个速度的流动，须考虑气体的压缩性影响和气体热力学特性的变化。这种对应于高速空气动力学的流动称为可压缩流动。
根据伯努力方程
H=1/2（ρv2）+P…………（1）
ρ—空气密度
H—总压
根据公式（1），
ρV02/2+P0=ρu2/2+p1
ρu12/2+P0=ρu2/2+p2
P1-p2=ΔP
由上式可得 ΔP=ρ（V02- u12）/2………（2）
运用动量方程，可得作用在风轮上的推力为：
m----- 通过环素的质量流
相应的功率为：
dp= *dQ (19)
用a,b和方程（18）可以写出
dp=4πr3Ρv0ω2(1-a)bdr (20)
叶轮吸收中的总功率为：
P=4π(V0/λ2R2) ρ∫0R(1-a)btr3dr (21)
尖速比 =V0/ωr (22)
Wingtip Vortex
[2]
在高速流动中，流动速度与当地声速之比是一个重要的无量纲参数。1929年，德国空气动力学家阿克莱特首先把这个无量纲参数与马赫的名字联系起来，十年后，马赫数这个特征参数在气体动力学中广泛引用。
小扰动在超声速流中传播会叠加起来形成有限量的突跃——激波。在许多实际超声速流动中也存在着激波。气流通过激波流场，参量发生突跃，熵增加而总能量保持不变。
工业空气动力学主要研究在大气边界层中，风同各种结构物和人类活动间的相互作用，以及大气边界层内风的特性、风对建筑物的作用、风引起的质量迁移、风对运输车辆的作用和风能利用，以及低层大气的流动特性和各种颗粒物在大气中的扩散规律，特别是端流扩散的规律，等等。空气动力学的研究方法
空气动力学的名词解释
空气动力学的名词解释空气动力学是研究气体与固体的相互作用及其对物体运动的影响的学科。
它在航空航天领域中起着至关重要的作用，不仅可以帮助我们理解飞机和火箭的飞行原理，还可以用来优化设计、提高效率和安全性。
在本文中，我们将介绍一些与空气动力学相关的关键术语，以帮助读者更好地理解这个领域。
1. 空气动力学（Aerodynamics）空气动力学是研究气体在运动物体表面产生的力学效应的科学。
它涉及流体力学、力学和热力学等领域的知识。
通过分析气体流动规律，可以预测物体的运动、阻力和升力等参数。
2. 流场（Flow Field）流场是指空气或气体在物体周围的流动状态。
空气动力学中的流场可以通过数学模型和实验来描述和分析。
了解流场可以帮助我们研究物体受力和运动的规律。
3. 阻力（Drag）阻力是指物体在运动中受到的与速度方向相反的力。
当物体在空气中移动时，面对气体的粘性和惯性影响，会产生阻力。
阻力的大小取决于物体的形状、速度和流场状况。
4. 升力（Lift）升力是指垂直于运动方向的力，也是飞行器保持浮空或升起的关键力量。
升力的产生源于空气动力学中的贴面效应和伯努利定律。
飞行器通常利用翼面的形状和倾角，通过改变气流的速度和压力分布，获得升力。
5. 翼效（Wing Efficiency）翼效是指在产生升力的同时，减小阻力的能力。
一个高效的翼面设计可以使飞行器在给定的马赫数下获得更大的升力，同时降低阻力，提高燃烧效率和航程。
6. 翼面（Airfoil）翼面是拥有空气动力学特性的平面或曲面。
常见的翼面形状有对称翼和非对称翼，它们的流场效应和升力系数有所不同。
飞机、直升机和风力发电机等设备都采用翼面来实现升力或减小阻力。
7. 空气动力学系数（Aerodynamic Coefficients）空气动力学系数是用来描述物体在特定运动状态下受到的气流作用的参数。
常见的系数有升力系数、阻力系数和升阻比等。
它们的计算和实验测定可以精确地预测和分析物体在不同飞行状态下的性能。
空气动力学知识点
空气动力学知识点空气动力学是研究空气在机体表面运动时产生的力学效应的学科。
空气动力学知识点涵盖了各种与空气流动有关的原理和现象，对于飞机、汽车、火箭等交通工具的设计和性能优化发挥着至关重要的作用。
下面将介绍一些关键的空气动力学知识点。
1. 升力和阻力在空气动力学中，升力和阻力是两个最基本的概念。
升力是指机翼等物体在飞行或运动时受到的垂直向上的力，使得物体能够获得提升力以保持飞行。
阻力则是运动物体在空气中受到的阻碍力，是飞机、汽车等移动物体必须克服的力量。
升力和阻力的大小和方向取决于空气流动的速度、密度、物体的形状等因素。
2. 卡门涡街卡门涡街是指当流体经过物体时，流体两侧产生的交错的涡流。
这些涡流会在物体后部形成一串被称为卡门涡街的旋涡，对物体的性能和稳定性产生重要影响。
减小或控制卡门涡街可以提高交通工具的效率和性能。
3. 翼型翼型是用于生产升力的构件，通常指飞机机翼的截面。
不同的翼型设计会影响飞机的飞行稳定性、速度、升力和阻力等性能。
常见的翼型包括对称翼型、半对称翼型和非对称翼型，每种翼型都有其独特的特点和应用场景。
4. 涡流涡流是液体或气体在流动中形成的旋涡状结构。
在空气动力学中，涡流是产生升力和阻力的重要因素，也是风洞模拟实验和流场仿真计算的关键对象。
通过研究和控制涡流的生成和演变，可以改善飞机、汽车等交通工具的性能。
5. 马赫数马赫数是描述物体相对于音速运动速度的无量纲指标。
当飞机等物体的速度达到音速时，其马赫数为1，称为音速。
超音速则指马赫数大于1的速度范围，而亚音速则指马赫数小于1的速度范围。
马赫数的变化会对空气动力学效应和物体性能产生显著影响。
以上是关于空气动力学的一些基本知识点，这些知识点涵盖了空气流动、升力产生、阻力控制等领域的重要内容。
深入理解和掌握空气动力学知识，对于设计和优化交通工具的性能至关重要。
希望以上内容能为您对空气动力学有更深入的了解提供帮助。
空气动力学原理
空气动力学原理空气动力学是研究空气在物体表面流动时所产生的力学行为的学科。
它是飞行器设计与研究的重要基础，对于飞行器的性能和安全具有重要影响。
本文将简要介绍空气动力学原理的基本概念和应用。
一、气动力与气动特性空气动力学研究中的核心概念是气动力和气动特性。
气动力指的是空气对物体施加的作用力和力矩，它通常分为升力和阻力两种。
升力是垂直于物体运动方向的力，使飞行器能够克服重力飞行；阻力是沿着物体运动方向的力，阻碍飞行器的前进速度。
气动特性是指空气动力学中涉及到的一些重要参数，如攻角、迎角、升力系数和阻力系数等。
攻角是指物体前进方向与气流的夹角，迎角是指物体前缘与气流的夹角。
升力系数是升力与流体密度、速度和物体参考面积的比值，阻力系数是阻力与密度、速度和参考面积的比值。
二、气流的流动状态空气动力学研究中的另一个重要概念是气流的流动状态。
根据空气流动的速度和流动性质，气流可以分为层流和湍流。
层流是指气流顺着固定方向，流速均匀稳定，流线整齐；湍流则是气流速度不规则，流线混乱，表现为涡旋、涡流和气流分离等。
气流的流动状态直接影响着物体所受到的气动力。
层流状态下，气动力较小，表面摩擦阻力小；而湍流状态下，气动力较大，摩擦阻力较大。
因此，在飞行器设计中，需要合理选择气动外形和控制飞行器表面气流状态，以减小气动阻力，提高飞行性能。
三、空气动力学的应用空气动力学原理在飞行器设计和研究中具有广泛应用，以下是一些常见的应用领域：1. 飞机设计与改进：空气动力学原理为飞机的气动外形设计和改进提供了理论基础。
通过对气流状态和物体形状的研究，可以减小飞机的阻力、提高升力，使飞机能够更高效地飞行。
2. 目标识别与伪装：空气动力学原理也被应用于军事领域的目标识别和伪装。
通过改变目标表面的形状或表面材料，可以减小目标的雷达反射截面，从而降低目标被探测和追踪的概率。
3. 车辆运输与能源效益：空气动力学原理在汽车和列车设计中也有广泛应用。
空气动力原理
空气动力原理空气动力原理是指在空气中运动的物体所受到的力学原理。
空气动力学是研究空气对物体运动的影响和物体运动对空气的影响的科学。
空气动力原理在天然界和工程领域中有广泛的应用。
本文将从空气动力原理的基本概念、应用领域以及相关实例进行介绍。
一、空气动力原理的基本概念空气动力原理是基于流体力学的理论，主要研究物体在空气中运动时所受到的力。
根据伯努利原理，当空气通过物体时，其速度增加，压力减小，从而产生一个向物体方向的压力差，即气动力。
空气动力原理的基本概念包括气动力、升力、阻力和卡门涡街等。
气动力是指物体在空气中运动时所受到的力，它由压力和阻力组成。
当物体在空气中运动时，空气分子与物体表面发生碰撞，产生压力。
同时，空气的黏性导致物体运动时产生阻力，阻碍物体前进。
升力是指物体在空气中运动时产生的向上的力。
根据伯努利原理，当空气通过物体顶部时，由于流速增加，压力减小，从而产生一个向上的压力差。
这个压力差就是升力，使得物体能够克服自身重力而向上运动。
阻力是指物体在空气中运动时受到的阻碍力。
当物体在空气中运动时，空气分子与物体表面发生碰撞，产生黏性阻力和湍流阻力。
黏性阻力主要与物体表面粗糙度和空气黏性有关，湍流阻力主要与物体形状和速度有关。
卡门涡街是指物体在空气中运动时，空气流动产生的涡旋结构。
当物体运动速度较快时，空气流动会产生涡旋结构，这些涡旋会影响物体运动，并且会产生噪音和振动。
1. 航空航天领域：空气动力原理是设计飞机和导弹的基础。
通过研究空气动力原理，可以确定飞机的气动布局、翼型和机翼的升力和阻力特性，以及飞行时的稳定性和操纵性。
2. 汽车工程：空气动力学在汽车工程中的应用越来越重要。
通过优化汽车外形设计，减小车辆的风阻，可以提高汽车的燃油经济性和行驶稳定性。
3. 建筑工程：在高层建筑、大型桥梁和城市规划中，空气动力原理的应用可以减小风的影响，提高建筑物的稳定性和安全性。
4. 运动器械设计：空气动力学在运动器械设计中起着重要的作用。
空气动力学基础
空气动力学基础空气动力学是研究空气对物体的作用力和物体在空气中运动规律的学科。
它在航空航天工程中起着重要的作用。
本文将介绍空气动力学的基本概念、主要原理和应用。
一、空气动力学概述空气动力学是围绕着气体流动学和力学展开的学科，主要研究气体与物体相互作用产生的力以及物体在气体中的运动。
空气动力学基础理论包括气体流动方程、边界条件和流场特性等。
它是航空航天工程设计和性能分析的重要依据。
二、空气动力学原理1. 气体流动方程空气动力学中的主要流动方程是连续性方程、动量方程和能量方程。
连续性方程描述了流体的质量守恒，动量方程描述了流体的动量守恒，能量方程描述了流体的能量守恒。
2. 升力和阻力在运动中的物体受到空气的作用力，其中最重要的是升力和阻力。
升力使得物体能够克服重力向上运动，而阻力则阻碍物体的运动。
这两个力的大小和方向与物体的形状、速度和气体性质等有关。
3. 测试和模拟为了研究物体在空气中的行为，人们通常会进行实验和数值模拟。
实验方法包括风洞试验和模型试飞等，而数值模拟则利用计算机技术对气体流动进行数值计算和模拟。
三、空气动力学应用1. 飞行器设计空气动力学是飞行器设计的重要基础。
通过研究飞行器在不同速度和高度下的空气动力学特性，可以优化飞行器的外形设计，提高其升阻比，提高飞行效率和安全性。
2. 空气动力学仿真使用计算机模拟和仿真技术，可以在设计阶段对飞行器进行空气动力学分析。
这样可以预测飞行器在各种工况下的性能和稳定性，指导设计改进。
3. 空气动力学研究空气动力学研究不仅应用于飞行器设计，还广泛用于其他领域，如汽车、建筑物和体育器材等的设计和优化。
通过研究空气动力学原理，可以改进产品性能，提高安全性和舒适度。
四、结论空气动力学作为研究物体在空气中运动的学科，对于航空航天工程和其他领域的设计和性能分析至关重要。
通过学习空气动力学的基本概念和原理，并运用到实际应用中，可以推动科技的进步，提升产品的质量和性能。
空气动力学原理
空气动力学原理一、引言空气动力学是研究物体在空气中运动时所受到的力和运动规律的学科。
它对于理解飞行器的飞行性能和改进设计具有重要意义。
本文将介绍空气动力学原理的基本概念、主要定律和应用领域。
二、空气动力学基本概念1. 空气动力学：空气动力学是研究物体在空气中受到的力和运动规律的学科。
它是力学的一个分支，主要研究速度较大的流体中物体受力和运动的规律。
2. 流体力学：流体力学是研究流体（包括液体和气体）运动规律的学科。
空气动力学是流体力学中的一个分支，专门研究空气中物体受力和运动的规律。
三、空气动力学定律1. 法向力和阻力：当物体在空气中运动时，空气对其表面施加的力主要分为法向力和阻力。
法向力垂直于物体表面，阻力与物体的运动方向相反，阻碍物体继续前进。
2. 升力和重力：空气动力学中一个重要的概念就是升力和重力。
升力是垂直于运动方向的力，使得物体能够在空气中飞行。
重力是向下的力，使得物体保持在地面上。
3. 薄翼剖面理论：薄翼剖面理论是空气动力学研究中的基本模型，它假设翼面是一条紧密地包绕在地面上的非常薄的曲线。
根据薄翼剖面理论，翼面受到的升力主要与运动速度、攻角以及翼面的形状等因素有关。
四、空气动力学的应用1. 飞行器设计：空气动力学原理对于飞行器设计具有重要意义。
通过研究升力和阻力等参数，可以优化飞行器的外形和机翼设计，提高飞行性能和燃油利用效率。
2. 汽车工程：空气动力学原理也在汽车工程中得到广泛应用。
研究车辆在高速行驶时的空气阻力，可以减少车辆的空气阻力，提高燃油经济性和行驶稳定性。
3. 建筑设计：空气动力学原理在建筑设计中也有实际应用。
通过在建筑物表面设计气动流线型，可以减少气流的阻力，提高建筑物的抗风性能。
4. 能源利用：空气动力学原理还可以应用于风能和水力发电等能源利用领域。
通过优化叶片形状和位置，可以提高风能和水力的转化效率。
五、结论空气动力学原理是研究物体在空气中运动时所受力和运动规律的学科，在飞行器设计、汽车工程、建筑设计和能源利用等领域都有广泛的应用。
空气动力学的概念
空气动力学的概念
空气动力学是研究空气流动与物体运动之间相互作用的科学领域。
它研究的对象包括飞行器的气动力、风力发电、气流在建筑物周围的行为等。
空气动力学涉及流体力学、热力学和控制论等多个学科的知识。
它研究的主要内容包括空气流动的基本方程、流场的数值求解、边界层理论、空气动力性能分析与优化等。
在空气动力学中，空气被视为不可压缩的理想气体，其流动由流体力学的基本方程（连续性方程、动量方程和能量方程）描述。
通过数值计算方法，可以求解出流体场的速度和压力分布，从而得到物体所受的气动力。
在飞行器设计中，空气动力学起着至关重要的作用。
例如，借助空气动力学，可以分析飞机的升力、阻力和操纵性能，从而改进设计，提高飞行器的性能。
同时，空气动力学也适用于其他领域。
例如，在建筑物设计中，空气动力学可以用来分析气流对建筑物的影响，以改善建筑物的通风和能源利用效率。
总之，空气动力学的概念是研究空气流动与物体运动之间相互作用的科学领域，它对于飞行器设计、建筑物空气流动分析等具有重要意义。
空气动力学的定义
空气动力学的定义空气动力学是研究空气流动的力学学科，在这个学科中，研究空气的物理性质，特别是它的流动性质。
这种力学分析涉及流体流动状态的许多性质，包括压力、密度、速度和增长、力学能量、热能及其在空气动力学中的转换等。
空气的流动受到各种力的影响，而空气动力学主要聚焦于研究不同类型的流体在周围环境中受力的作用，例如地心引力、空气密度、气流升力、空气分子间的相互作用等。
空气动力学的研究有助于我们更好地理解气流和气流的相关特性，这对决定航空器的飞行性能和定位飞行路线有着重要的意义。
例如，空气动力学工程师会通过设计飞机的机翼形状和背补流以提升其机动性能、或设计吸气系统和排气道以减少发动机排放的污染物。
此外，空气动力学也被用于研究导弹和太空火箭，以及助推器等飞行器，以实现其飞行任务。
空气动力学是一门多学科的学科，主要建立在气体力学、流体力学和气体动力学的基础上，受到数学、物理、化学等学科的影响。
气体力学建立了宏观的概念和方法，用于解释气体的整体行为，其研究对象主要是对密集的气体进行统计分析；而流体力学则探讨气体如何慢慢从一种平衡状态转化为另一种不同的状态，以及不同形变量如压强、流速、粘度等之间的关系等；而气体动力学则是研究使得空气在空中受到外界力的影响，以及它们对空气流动的影响。
在空气动力学中，非常重要的概念是空气的动压力和诱导压力。
动压力是一种力量，它是空气流动的主要力量，这种力量是源自空气运动的动能而产生的，是空气流动的重要组成部分；而诱导压力则是一种被拉伸力，它是源自空气流体中的分子扰动，它会影响空气流动的速度、方向等。
此外，由于空气流动的复杂性，空气动力学也在研究风洞试验，以提供可靠的空气流动参数，如压力、速度、温度等，来研究飞机结构和机翼气动力学特性等。
空气动力学的研究不仅可以让我们更好地了解空气流动，也是研究航空技术的重要理论基础，它也是机械工程、气象学和物理学等学科的重要内容。
因此，空气动力学的重要性不言而喻，它不仅是航空工程师的重要知识，而且也开发了许多新的发动机和飞行器，为各种航空技术做出了贡献。
关于空气动力学
关于空气动力学一．什么是空气动力学空气动力学是力学的一个分支，它主要研究物体在同气体作相对运动情况下的受力特性、气体流动规律和伴随发生的物理化学变化。
它是在流体力学的基础上，随着航空工业和喷气推进技术的发展而成长起来的一个学科。
二．空气动力学最早对空气动力学的研究，可以追溯到人类对鸟或弹丸在飞行时的受力和力的作用方式的种种猜测。
17世纪后期，荷兰物理学家惠更斯首先估算出物体在空气中运动的阻力；1726年，牛顿应用力学原理和演绎方法得出：在空气中运动的物体所受的力，正比于物体运动速度的平方和物体的特征面积以及空气的密度。
这一工作可以看作是空气动力学经典理论的开始。
在航空方面：19世纪末，经典流体力学的基础已经形成。
20世纪以来，随着航空事业的迅速发展，空气动力学便从流体力学中发展出来并形成力学的一个新的分支航空要解决的首要问题是如何获得飞行器所需要的举力、减小飞行器的阻力和提高它的飞行速度。
这就要从理论和实践上研究飞行器与空气相对运动时作用力的产生及其规律。
1894年，英国的兰彻斯特首先提出无限翼展机翼或翼型产生举力的环量理论，和有限翼展机翼产生举力的涡旋理论等。
但兰彻斯特的想法在当时并未得到广泛重视。
约在1901～1910年间，库塔和儒科夫斯基分别独立地提出了翼型的环量和举力理论，并给出举力理论的数学形式，建立了二维机翼理论。
1904年，德国的普朗特发表了著名的低速流动的边界层理论。
该理论指出在不同的流动区域中控制方程可有不同的简化形式。
19世纪是流体动力学全面发展的阶段，法国工程师纳维和爱尔兰数学家斯托克斯建立了粘性流体运动方程。
现代意义上的流体力学成立于20世纪初，以德国科学家普朗特创立的边界层理论为标志。
普朗特开创了边界层论和有限翼展升力线理论，被称为近代流体力学和空气动力学的奠基人。
1906年，俄国科学家和空气动力学家儒科夫斯基引入了环量的概念，发表了著名的升力定理，奠定了二维机翼的基础。
空气动力学科普
空气动力学科普
空气动力学是研究空气对物体运动和力学性质的科学。
它主要涉及流体力学和气体力学的应用，研究空气的流动、压力、阻力、升力等现象和力学规律。
在空气动力学中，流体力学是基础。
流体力学研究流体的运动和流动行为，包括液体和气体。
空气是一种气体，在流体力学中属于可压缩流体。
通过对流体运动的研究，可以了解空气的流动规律和性质。
在物体运动方面，空气动力学主要研究物体在空气中的运动行为，包括飞机、汽车、火箭等。
研究物体的运动可以通过模拟和计算来分析和预测物体受到的空气力，为设计和优化物体提供依据。
在力学性质方面，空气动力学主要研究空气对物体施加的力和压强，包括阻力和升力。
阻力是物体运动过程中受到的空气阻碍力，是物体前进的抵抗力。
升力是垂直方向上的力，将物体向上提升，这是飞行器能够在空中飞行的关键力量。
空气动力学的应用领域广泛，例如航空航天工程、汽车工程、建筑工程等。
通过空气动力学的研究，可以优化设计和提高物体的性能和效率。
空气动力学公式
空气动力学公式空气动力学是关于物体在空气中运动的科学研究，它涉及了很多共同的公式和定律。
以下是一些重要的空气动力学公式的简要介绍。
1. 风阻力公式：风阻力是物体在风中运动时受到的阻力。
根据流体动力学的公式，风阻力可以用以下公式表示：Fd = 0.5 * ρ * v^2 * A * Cd其中Fd是风阻力，ρ是空气密度，v是物体的速度，A是物体的面积，Cd是风阻系数。
2. 升力公式：升力是垂直于气流方向的力，使物体能够在空气中保持浮力。
升力可以用以下公式表示：Fl = 0.5 * ρ * v^2 * A * Cl其中Fl是升力，Cl是升力系数。
3. 环境气压公式：气压指的是单位面积上气体分子对物体的压力。
根据理想气体定律，环境气压可以用以下公式表示：P = ρ * R * T其中P是气压，ρ是空气密度，R是气体常数，T是温度。
4. 抛物线轨迹公式：当物体在空中运动时，如果只受到重力和空气阻力的影响，它将沿着抛物线轨迹运动。
抛物线轨迹可以用以下公式表示：y = x * tan(θ) - (g * x^2) / (2 * v^2 * cos^2(θ))其中y是物体的垂直高度，x是物体的水平距离，θ是发射角度，g是重力加速度，v是发射速度。
5. 伯努利原理公式：伯努利原理是描述了液体或气体在流动中的能量守恒定律。
根据伯努利方程，流体的总能量保持不变，可以用以下公式表示：P + (1/2) * ρ * v^2 + ρ * g * h = 常数其中P是流体的压力，ρ是流体的密度，v是流体的速度，g是重力加速度，h是流体的高度。
以上是空气动力学中的一些重要公式，它们在研究物体在空气中运动和飞行的过程中起到了关键的作用。
通过应用这些公式，空气动力学研究者能够更好地理解和控制飞行器的飞行特性，并提高其性能和安全性。
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采用MHD(磁流体动力学)方法实现高超声速流动控制是一种新颖的流动控制概念,与常规空气动力学方法采用的飞行器表面气流接触式干扰不同,MHD方法不改变飞行器外形,而是通过电磁场对电离流场进行有距离影响,这是MHD流动控制方法具有的最大优点。
此类方法具有较大地改善高超声速飞行器性能的潜力,包括防热控制,增加进气道流量捕获、增强燃烧室燃烧效率等。
本文针对高超声速MHD流动控制概念,基于磁流体动力学数值模拟方法研究,结合理论分析进行了数值模拟与控制机理分析。
工作包括高超声速MHD数值方法研究和高超声速MHD流动控制模拟与机理研究两大部分。
第一部分为MHD数值模拟方法研究。
MHD流动依据特征磁雷诺数分为高磁雷诺数和低磁雷诺数两大类,分别对应于全MHD方程组形式和低磁雷诺数近似方程组形式。
本文分别针对这两种形式发展了相应的数值模拟方法。
全MHD方程组形式对应于磁雷诺数较高情况,针对当前研究中存在的伪磁场散度问题、方程组奇性和修正形式的守恒性问题,本文提出了八波形式方程附加源项的模拟形式,该方法同时具备八波形式和原七波MHD方程组的优点,既可以采用八波形式特征向量,同时又保证方程组整体守恒。
在数值方法上,将CFD模拟中采用的有限体积方法、Roe的近似Riemann 求解器、OC-TVD限制器以及时间格式推广到MHD模拟中。
此外,作为全MHD 模拟的辅助步骤,本文建立了三维投影方法,能够有效清除磁场的伪散度。
低磁雷诺数MHD方程组的求解形式较全MHD方程组形式简单,为了使之能够更好地实现高超声速复杂流场结构变化的精细捕捉,提高计算效率,本文发展了一套完整的三维自适应各向异性叉树网格方法应用于低磁雷诺数MHD流动模拟。
该网格方法的工作主要包括:建立了三维叉树形网格的数据结构,以及在此基础上完善了包括自适应判别、合并/分裂、网格级别审查等步骤,并提出了对流场结构进行“保护”性加密等网格优化方式,实现了对激波等流场结构的细致捕捉。
针对上述发展的数值模拟方法,本文编制了三维结构网格全MHD流动模拟程序FMHD,三维结构网格低磁雷诺数MHD流动模拟程序LSMHD,以及三维各向异性叉树网格低磁雷诺数MHD流动程序LTMHD。
这些程序经过了多个经典算例的计算,验证了其有效性和准确性,能够应用于针对高超声速飞行器MHD流动控制的模拟中。
第二部分为高超声速MHD流动控制机理研究。
本文主要结合理论分析,开展了钝体MHD防热控制和斜激波MHD控制的模拟研究,并对控制机理进行了分析。
对于马赫5来流,考虑理想气体,且假设激波层内电导率均布的高超声速钝头绕流,气动热MHD控制的数值模拟结果显示,随着控制磁场的加强,弓形激波脱体距离增大,壁面压强变化很小,而热流降低比较明显,在驻点互涉参数Q=6时热流下降了26%。
基于高温空气电导率模型和化学平衡热力学关系,成功进行了40km高空马赫15钝头MHD绕流数值模拟。
结果显示考虑空气化学平衡效应的驻点热流小于理想气体。
随着互涉参数Q的增大,弓形激波脱体距离增大,但很小,而热流降低比较明显,在驻点互涉参数Q=6时热流下降了24%。
模拟结果说明了MHD钝体热流控制在很高马赫数下的可行性。
数值研究了高磁雷诺数的理想无粘斜激波MHD流动控制规律。
模拟清晰地捕捉到激波结构。
磁场大小和方向对流场和激波影响较大。
在多数磁场较大情况下得到了MHD流动特有的快—慢激波结构;而磁场垂直于来流方向时,始终未有慢激波产生。
这些现象都通过群速度图方法进行了理论上的解释。
数值研究了低磁雷诺数无粘MHD斜激波流动控制规律,自由来流马赫数6,考虑电子束激发使局部区域产生电导率,采用自适应各向异性叉树网格。
结果显示,MHD作用能够使斜激波向远离壁面的方向偏离,激波控制效应明显。
磁场和电导率的大小是MHD作用的决定性因素,且磁场垂直与来流时,MHD作用更明显。
高超声速进气道前体MHD 激波控制是一项重要的MHD应用,本文将MHD斜激波控制方法应用于二级马赫6进气道前体激波控制,结果显示,在飞行器飞行马赫数大于设计马赫数时,MHD激波控制可使激波偏折,两级激波重新交汇到进气道唇缘上,使流动状态更佳。
来流马赫数增大时,增大控制磁场仍可很好达到这一效果。
该结果对进气道的优化设计具有参考价值。
宇宙飞船从天而降2010-06-14 11:16:29来源: 作者:江燕【大中小】浏览:25次评论:0条宇宙飞船能够安全返回地面，这是星际航行技术的最重要的成就之一。
只有取得了这个成就以后，人类才敢于驾驶飞船穿出大气层，遨游太空，探索宇宙的奥秘。
近年来，载人卫星式飞船的接连上天，说明飞船安全返回地面的问题也已经获得了解决。
本文就来谈谈这个问题。
卫星式飞船返回地面，从原理上来说，是十分简单的，这是一个使飞船从高速到低速，从运动到静止的减速过程。
我们知道，卫星式飞船以将近每秒八公里的速度(第一宇宙速度)绕地球运行。
如果要使飞船离开运行轨道返回地面就必须把飞船的速度减低到第一宇宙速度以下，否则飞船将永远绕地球运行。
飞船降落的过程，从速度变化来看，正好是发射加速过程的逆过程(图一)。
这就很自然地会使人们想到利用反推火箭，产生反向推力，使飞船减速，并使飞船沿着与发射轨道相反的方向降落到地面。
如果飞船是在完全没有大气包围或者大气非常稀薄的星球上降落，这的确是唯一可行的方法。
未来的月球飞船就打算采用这种办法在月面上着陆，但是在有大气层的地球上降落，这种办法是很不合算的。
因为把一艘五吨重的飞船从每秒近八公里的速度减小到每秒只有几米的速度，即使利用目前最先进的火箭技术，也需要消耗二百多吨推进剂，也就是说要用一支三百吨的火箭来帮它减速。
本来把五吨重的飞船送入近地卫星轨道，就需要一支起飞重约三百吨的多级火箭。
现在，为了使飞船能以喷气制动方式返回地面，就需要把一支三百吨重的火箭随同飞船一道送入轨道。
这样，起飞重量就要增加六十倍，达到一万八千吨。
这样庞大的火箭在目前是不可想象的，即使能实现，也是不经济的。
因此，人们另外寻找了一条新的途径。
图一左：起飞过程；右：降落过程这一途径就是利用地球周围现成的大气层来减速。
这是到目前为止，所有载人飞船所采取的降落方法——再入大气层式降落方法。
这种方法只在开始降落很短的一段时间内利用火箭使飞船减速。
飞船一穿进大气层就不需再用制动火箭了，因为空气阻力将使飞船继续减速。
采用这种降落方法所需要的推进剂，比喷气制动的方法少得多，在技术上也能实现。
离开运行轨道再入降落的整个过程可分为三个阶段：第一阶段是离开运行轨道阶段。
在再入降落开始时，飞船的制动火箭点火，产生推力，使飞船速度稍为减小一点。
这样，飞船便能离开原来的运行轨道而进入大气层。
这一阶段的特点是：耍求飞船保持规定的姿态，并且精确地控制制动火箭的点火时间。
制动火箭点火时，保持飞船的正确姿态是很重要的。
再入时要求再入角(飞行轨道与再入水平方向的夹角)是一个很小的负角。
如果控制不当，再入角很容易变成正角，则开动制动火箭后反而会把飞船送到更高的轨道上去，使宇宙航行员无法返回地面。
要求再入角很小，是为了避免再入大气层时飞船的减速度过大和受热过高。
飞船在再入降落时，除了在开始的很短一段时间有推力外，极大部份时间都处于无制导、无动力的自由下落的状态；它的下降轨道和着陆地点完全由降落开始时的地点、高度、速度等参数所决定，中途无法修正，因此精确地控制下降起始点的地点、高度、速度大小和方向，是十分重要的。
如果高度相差一公里，或者速度相差每秒一米，或者速度方向角相差一分，最后着陆地点就要差五十公里，而这些参数的准确与否，取决于制动火箭的点火时间。
点火时间相差一秒，点火地点就相差七点七公里，速度方向角就相差四分，所以，要保证着陆的准确度，就要精确地控制制动火箭的点火时间。
点火时间是在发射之前计算好的，由飞船上的定时机构控制，但因飞船的实际轨道与预定轨道有差距，故必须根据地面无线电或光学跟踪站观测的数据，由地面指挥站命令修正点火时间。
点火时间通常由地面站来控制，同时飞船上的定时机构也能自动发出信号，点燃制动火箭。
在必要时，宇宙航行员也能自己开动制动火箭，不致错过点火的时机。
第二阶段是再入大气层阶段。
飞船穿进大气层后，就不再用制动火箭了，而由空气阻力继续减速。
飞船在一百公里左右高的位置再入大气层，这时速度高达二十几倍声速。
随着高度降低，空气密度愈来愈大，对飞船的阻力也愈来愈大，使飞船速度很快地减小下来。
飞船因阻力而损失的这部份能量，通过与空气的摩擦作用变成热能，被飞船和它周围的气流所吸收。
大气层对飞船的阻力是先增加后减小，中间达到最大值。
阻力大小是和空气密度与速度平方的乘积成正比。
起先由于空气密度的增加起主要作用，阻力增大，以后由于速度迅速地减小，速度的减小就起主要作用，阻力也就变小了。
最大阻力大约出现在速度下降为第一宇宙速度的百分之四十时，也就是当速度约等于每秒三公里的时候。
最大阻力出现的高度约在四十到八十公里之间(图二)。
这个高度是同飞船头部的形状有关，头部愈钝，最大阻力出现得愈早，值得注意的是，最大阻力的大小只同飞船再入角有关，而与形状无关。
这一阶段的特点是出现最大的减速度和严重的气动力加热，飞船和宇宙航行员受到严重的超重和高温的威胁。
图二再入时飞船减速度变化图着陆降落的最后阶段也就是着陆阶段。
当飞船下降到十几公里时，速度已减小到每秒几百米，同时，空气的密度已经很大，可以用降落伞来进一步减速，准备着陆(图三)。
开始先打开一顶较小的减速伞。
其作用有二：一是使飞船保持稳定的姿态，以便打开主降落伞；一是达到初步减速，以防止在每秒几百米的速度下，一下子打开较大的主降落伞会引起飞船过大的突然减速，产生飞船和宇宙航行员难以承受的过载。
然后，当飞船下降到三公里左右时，高度表发出信号，通过保险装置自动打开主降落伞，使飞船速度降低到每秒七至十米的着陆速度。
最后，在飞船快接近地面时，释放着陆缓冲器避免飞船与地面发生冲击，使飞船安全着陆。
图三飞船在再入降落时，先使制动火箭点火，产生反推力，以便降低速度，脱离运行轨道。
然后，飞船以钝头向前再入大气层，靠空气阻力继续减速。
这时，在头部前面产生脱体激波，可以使飞船所受的热能大大地减少。
最后打开减速伞和主降落伞徐徐降落。
宇宙航行员着陆的方法有两种，一种是随着飞船一起着陆；另一种是离开飞船跳伞着陆：当飞船下降到六点五公里的高度时，宇宙航行员坐在弹射椅上从座舱中弹射出来，然后如同跳伞运动员那样打开降落伞降落到地面，空的飞船则利用自动系统着陆(图四)。
图四宇宙航行员与座椅一起从飞船座舱中弹射出来，然后张开降落伞下降。
攻克超重关前面介绍了在再入降落时宇宙飞船会遇到严重的超重和气动力加热的威胁。
现在让我们看一看人们是怎样克服超重和高温的障碍，从而使飞船顺利地穿过大气层返回地面的。