飞机的空气动力学.
飞机空气动力学原理
飞机空气动力学原理飞机空气动力学原理是指飞机在飞行过程中受到空气力学的影响，从而产生升力和阻力的原理。
空气动力学是航空工程中的重要基础学科，它研究飞机在空气中运动时所受到的各种力和力的作用规律，是飞机设计、飞行控制和飞行性能计算的理论基础。
了解飞机空气动力学原理对于飞机设计、飞行控制和飞行性能的提高具有重要意义。
首先，飞机的升力是通过翼面和机身等部件与空气的相互作用产生的。
当飞机在空气中飞行时，翼面上方的气压比下方小，产生了升力。
这种空气动力学原理被称为卡门涡街原理，是飞机能够在空中飞行的基础。
同时，飞机的阻力也是由空气动力学原理产生的。
飞机在飞行过程中，受到空气的阻力，这种阻力是飞机飞行中需要克服的，也是影响飞机速度和燃油消耗的重要因素。
其次，飞机的机动性能与空气动力学原理密切相关。
在飞机设计中，需要考虑飞机在不同速度和高度下的机动性能，这就需要对飞机的空气动力学原理进行深入研究。
通过对飞机的升力、阻力和稳定性等参数的分析，可以优化飞机的设计，提高飞机的机动性能，使其更加适应不同的飞行环境。
此外，飞机的飞行控制也是基于空气动力学原理进行设计和实现的。
飞机在飞行过程中需要通过操纵飞行控制面来改变飞机的姿态和飞行状态，从而实现飞机的飞行控制。
这就需要深入理解飞机在空气中的运动规律，根据空气动力学原理设计飞机的飞行控制系统，保证飞机的飞行安全和稳定性。
总的来说，飞机空气动力学原理是飞机设计和飞行控制的重要理论基础，对于提高飞机的性能和安全具有重要意义。
通过深入研究和理解飞机在空气中的运动规律，可以不断优化飞机的设计和飞行控制系统，提高飞机的机动性能和飞行安全性。
因此，对于飞机设计师和飞行员来说，深入理解飞机空气动力学原理是至关重要的，也是他们不断提高自身技术水平和飞机性能的关键。
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。
飞机的空气动力学
低速、亚音速飞机的空气动力环境c091 王亚飞飞机上的空气动力学和现在的流体力学有着相同的特点，研究空气动力学可以间接的学习流体力学，而空气动学上的最突出的应用就是飞机，所以现在着重讲述下飞机的空气学特点，翼型的升力和阻力飞机之所以能在空中飞行， 最基本的事实是，有一股力量克服了它的重量把它托举在空 中。
而这种力量主要是靠飞机的机翼与空气的相对运动产生的。
迎角的概念飞行速度（飞机质心相对于未受飞机流场影响的空气的速度）在飞机参考平面上的投影与某一固定基准线（一般取机翼翼根弦线或机身轴线）之间的夹角，称为迎角（图2.3.5（a ）），用a 表示。
当飞行速度沿机体坐标系（见 2.4.1节）竖轴的分量为正时，迎角 为正。
如果按照相对气流（未受飞机流场影响的气流）方向，则相对气流速度 （未受飞机流场影响的空气相对于飞机质心的运动速度） 在飞机参考平面上的投影与某一固定基准线之间的夹角就是迎角，且当相对速度沿机体坐标系竖轴的分量为负时，迎角为正（图2.3.5（b ））。
图2.3.6小迎角a 下翼剖面上的空气动力1—压力中心 2—前缘3—后缘4—翼弦 升力和阻力的产生根据我们已经讨论过的运动的转换原理， 可以认为在空中飞行的飞机是不动的，而空气以同样的速度流过飞机。
如图 2.3.6所示，当气流流过翼型时，由于翼型的上表面凸些，这里的流线变密， 流管变细，相反翼型的下表面平坦些，这里的流线变化不大（与远前方流线相比）。
根据连续性定理和伯努利定理可知，在翼型的上表面，由于流管 变细，即流管截面积减小，气流速度增大，故压强减小；而翼型的下表面，由于流管变化不 大使压强基本不变。
这样，翼型上下表面产生了压强差，形成了总空气动力 R , R 的方向向 后向上。
根据它们实际所起的作用，可把 R 分成两个分力：一个与气流速度v 垂直，起支托飞机重量的作用，就是升力L ;另一个与流速v 平行，起阻碍飞机前进的作用，就是阻力D 。
空气动力学探索飞机在空气中的飞行原理
空气动力学探索飞机在空气中的飞行原理飞机的飞行原理是基于空气动力学的研究，它涉及到空气的流动、力的作用和物体的运动。
通过了解空气动力学的基本概念和原理，可以更好地理解飞机在空中的飞行过程。
一、空气的流动空气动力学研究的基础是空气的流动。
空气是由大量分子组成的，分子之间存在着运动和撞击。
当空气受到外力的作用时，它会产生流动。
在飞机飞行过程中，空气的流动十分重要。
在飞机飞行时，机翼上方的气流速度较快，而下方的气流速度较慢。
这是由于机翼上方的气流被弯曲并加速，而下方的气流则被挡住减速。
这种气流的流动差异产生了升力，是飞机能够在空中飞行的重要原理之一。
二、升力的产生升力是飞机在空中得以飞行的重要力量。
它是垂直方向上的力量，支持着飞机的重量，使得飞机能够克服重力并保持稳定的飞行。
在空气动力学中，升力的产生主要与机翼的设计有关。
机翼的上表面相对平坦，而下表面则更为曲线。
当空气流经机翼时，上表面的气流速度较快，下表面的气流速度较慢，同时由于曲率的存在，气流的压力也不同。
根据伯努利定律，速度较快的气流具有较低的压力，速度较慢的气流则具有较高的压力。
而机翼上下表面气流的差异产生的压力差，就形成了升力。
这个升力可以用来克服飞机的重力，使得飞机能够悬浮在空中。
三、阻力的产生在空气动力学中，阻力是飞机飞行中必然要面对的一种力量。
阻力产生的原因有很多，如空气的摩擦、飞机表面的阻力和空气的压力阻力等。
为了减少阻力，飞机在设计上需要尽量降低阻力产生的因素。
例如，飞机的机身通常呈流线型，这样可以减少空气摩擦的阻力。
而飞机的机翼也会采用相对平坦的上表面设计和流线型的下表面设计，来减少气流的阻力。
此外，飞行速度的选择也会影响到阻力的大小。
一般来说，低速飞行时，阻力较小；而高速飞行时，阻力则较大。
因此，飞机在飞行时需要根据实际需求和飞行条件选择合适的速度，以降低阻力的影响。
四、操纵飞行姿态除了了解升力和阻力的产生原理，还需要了解如何操纵飞机的飞行姿态。
航空航天领域中的空气动力学研究
航空航天领域中的空气动力学研究空气动力学是航空航天领域中的重要研究方向，它涉及飞机、火箭等飞行器在空气中的运动和力学特性。
通过对空气动力学的深入研究，我们可以更好地理解和掌握飞行器的运行原理，从而提升航空航天技术的发展水平。
一、空气动力学的基本概念1.空气动力学的定义和研究对象空气动力学是研究飞行器在空气中的运动和相互作用的科学。
它涉及到飞行器的气动力、气动特性以及与空气的相互作用。
2.空气动力学的基本方程空气动力学的研究依赖于一系列基本方程，包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程。
这些方程通过数学模型描述了飞行器与气流之间的关系。
二、空气动力学的研究方法1.实验方法实验方法是空气动力学研究中最常用的方法之一。
通过搭建试验装置和测量设备，我们可以对飞行器在空气中的运动和力学特性进行直接观测和测试。
2.数值模拟方法数值模拟方法是近年来空气动力学研究中的重要手段。
借助计算机技术和数值计算模型，我们可以对飞行器的运动和气动力进行数字化仿真和模拟，从而获得更准确的研究结果。
三、空气动力学在航空工程中的应用1.飞机设计空气动力学的研究结果对飞机的设计起到至关重要的作用。
通过分析飞机在不同速度、空气密度和气流环境下的运动特性，我们可以优化飞机的结构和气动外形，提高其飞行效率和稳定性。
2.火箭发动机设计火箭发动机是航天器的重要组成部分，而火箭发动机的性能直接受到其周围气流的影响。
空气动力学研究可以帮助我们预测和优化火箭发动机的工作状态，提高其推力和燃烧效率。
四、空气动力学的挑战与前景1.超音速和高超音速飞行超音速和高超音速飞行是航空航天领域中的重要挑战。
空气动力学研究可以帮助我们克服超音速飞行过程中的空气动力学问题，如空气动力加热和阻力增大等，从而实现更快、更高效的飞行。
2.新材料与新技术应用随着航空航天技术的不断发展，新材料和新技术的应用给空气动力学研究提出了新的挑战和机遇。
例如，复合材料的运用可以提高飞行器的强度和轻weight量，而新技术如3D打印和智能材料的应用则可以为空气动力学研究带来更多创新。
航空航天工程中的飞行器空气动力学分析
航空航天工程中的飞行器空气动力学分析航空航天工程是一门综合性非常强的学科，其中的飞行器空气动力学分析是航空航天工程中的重要环节之一，对于飞行器设计和性能评估具有举足轻重的意义。
本文将就航空航天工程中的飞行器空气动力学分析展开讨论。
一、飞行器空气动力学基础飞行器空气动力学基础是进行空气动力学分析的前提和基础知识。
航空航天工程中的飞行器包括飞机、导弹、卫星等。
在进行空气动力学分析时，需要了解飞行器的外形、尺寸、质量等基本参数，以及飞行器在空气流动中所受到的力和力矩。
在分析飞行器空气动力学时，主要涉及到气动力学的基本原理，如升力、阻力、升力系数、阻力系数等。
此外，还需了解翼型理论、气动布局的基本原理，以及飞行器表面的湍流、颤振等现象对空气动力学性能的影响。
二、飞行器气动力学模型在进行飞行器空气动力学分析时，为了简化计算和分析，需要建立相应的气动力学模型。
气动力学模型是根据飞行器的实际情况和实验数据进行构建，以表征飞行器在空气流动中的气动特性。
在建立气动力学模型时，需要考虑飞行器的气动力学布局、空气动力学参数和工况等因素。
常用的气动力学模型包括平面模型、三维模型、绕流模型等，根据具体应用需求选择适合的模型。
三、飞行器气动力学分析方法飞行器空气动力学分析是通过数学和物理方法对飞行器在空气流动中所受到的力和力矩进行分析和计算。
根据分析的目的和复杂程度的不同，可以采用不同的气动力学分析方法。
常用的气动力学分析方法包括试验方法和计算方法。
试验方法主要是通过风洞试验、飞行试验等手段，获得飞行器空气动力学性能的实验数据。
计算方法则是通过数值模拟和计算，基于流体力学方程、雷诺平均N-S方程等进行求解，得到飞行器的空气动力学性能。
四、飞行器空气动力学分析的应用飞行器空气动力学分析在航空航天工程中有着广泛的应用。
首先，飞行器空气动力学分析可以用于设计新型飞行器。
通过对飞行器的气动优化与改进，可以提高飞行器的飞行性能，减小阻力，提高升力，提高效率。
飞机是什么原理起飞的
飞机是什么原理起飞的
飞机起飞的原理是利用空气动力学和牛顿第三定律。
当飞机前进时，机翼上方的空气流速增大，而空气流速下降，由此产生的气流差异会在机翼上方形成较低的气压区，而在机翼下方形成较高的气压区。
这种气流差异会产生向上的升力，使飞机能够克服重力而起飞。
飞机起飞时，首先需要达到一定的速度，这是通过推力产生的，推力可以来自于飞机引擎或者喷气式发动机。
当飞机加速到足够的速度后，机翼上的升力开始增加，直到可以克服飞机的重量。
同时，飞机的大部分重量也会由起落架转移到空气动力学上，进一步减少了地面的压力。
此时，飞机的前轮会离开地面，飞机开始起飞。
当飞机起飞后，飞行员会调整飞机的姿态和控制通道，以保持稳定的飞行。
飞机会继续加速并爬升到所需的高度，直到达到巡航高度。
在巡航时，飞机会继续使用引擎产生的推力来克服空气阻力，并通过调整机翼和尾翼的姿态来保持平衡。
当飞机需要降落时，飞行员会逐渐减小推力并改变飞行姿态，使飞机安全地回到地面。
总结起来，飞机的起飞原理是通过产生足够的升力，克服重力，并利用推力达到足够的速度，从而实现离开地面并开始飞行。
飞机空气动力学原理
飞机空气动力学原理
飞机空气动力学原理是研究飞机在空中飞行时受到的空气力学力的学科。
飞机在飞行过程中，必须克服引起阻力的空气阻力，同时利用空气动力学力来产生升力和推进力。
首先，了解空气动力学原理的基础是空气的流体特性。
空气是一种气体，在空间中可以自由流动。
当飞机运动时，空气会被迫与其接触，并对其产生作用力。
这些作用力可以分为阻力、升力和推力。
阻力是飞机在空气中运动时受到的阻碍力量。
主要有两种形式，即废气阻力和气动阻力。
废气阻力是由于飞机的发动机排放废气产生的。
气动阻力是由于空气与飞机表面摩擦产生的。
为了减小阻力，飞机的外形设计通常会采用流线型，以减少气流的阻碍。
升力是使飞机脱离地面、保持在空中飞行的力量。
它是通过飞机机翼上的气动力学原理产生的。
机翼的设计使得上表面的气压比下表面低，从而产生一个向上的升力。
此外，机翼上的襟翼也能够改变机翼形状，进一步调节升力的大小。
推力是飞机在空中前进的力量。
通常是由发动机产生的，通过喷射燃烧产物来产生反作用力推动飞机。
推力的大小取决于发动机的性能以及喷气速度。
除了上述三种主要的空气动力学力以外，还有其他一些影响飞机飞行的因素。
例如重力会使飞机朝下落，需要通过升力来抵
消。
风也会对飞机产生侧向的力量，需要通过控制飞机的舵面来调整方向。
总的来说，飞机空气动力学原理是飞机在空中飞行时受到的各种空气力学力的研究。
了解这些原理可以帮助我们更好地设计和改进飞机，提高飞行性能和安全性。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
低速、亚音速飞机的空气动力
环境c091 王亚飞
飞机上的空气动力学和现在的流体力学有着相同的特点，研究空气动力学可以间接的学习流体力学，而空气动学上的最突出的应用就是飞机，所以现在着重讲述下飞机的空气学特点，
翼型的升力和阻力
飞机之所以能在空中飞行，最基本的事实是，有一股力量克服了它的重量把它托举在空中。
而这种力量主要是靠飞机的机翼与空气的相对运动产生的。
迎角的概念飞行速度（飞机质心相对于未受飞机流场影响的空气的速度）在飞机参考平面上的投影与某一固定基准线（一般取机翼翼根弦线或机身轴线）之间的夹角，称为迎角(图2.3.5(a))，用α表示。
当飞行速度沿机体坐标系（见2.4.1节）竖轴的分量为正时，迎角为正。
如果按照相对气流（未受飞机流场影响的气流）方向，则相对气流速度（未受飞机流场影响的空气相对于飞机质心的运动速度）在飞机参考平面上的投影与某一固定基准线之间的夹角就是迎角，且当相对速度沿机体坐标系竖轴的分量为负时，迎角为正(图2.3.5(b))。
图2.3.5 迎角图2.3.6小迎角α下翼剖面上的空气动力
1—压力中心 2—前缘 3—后缘 4—翼弦
升力和阻力的产生根据我们已经讨论过的运动的转换原理，可以认为在空中飞行的飞机是不动的，而空气以同样的速度流过飞机。
如图2.3.6所示，当气流流过翼型时，由于翼型的上表面凸些，这里的流线变密，流管变细，相反翼型的下表面平坦些，这里的流线变化不大(与远前方流线相比)。
根据连续性定理和伯努利定理可知，在翼型的上表面，由于流管变细，即流管截面积减小，气流速度增大，故压强减小；而翼型的下表面，由于流管变化不大使压强基本不变。
这样，翼型上下表面产生了压强差，形成了总空气动力R，R的方向向后向上。
根据它们实际所起的作用，可把R分成两个分力：一个与气流速度v垂直，起支托飞机重量的作用，就是升力L；另一个与流速v平行，起阻碍飞机前进的作用，就是阻力D。
此时产生的阻力除了摩擦阻力外，还有一部分是由于翼型前后压强不等引起的，称之为压差阻力。
总空气动力R与翼弦的交点叫做压力中心(见图
2.3.6)。
好像整个空气动力都集中在这一点上，作用在翼型上。
根据翼型上下表面各处的压强，可以绘制出翼型的压强分布图(压力分布图)，如图
2.3.7(a)所示。
图中自表面向外指的箭头，代表吸力；指向表面的箭头，代表压力。
箭头都与表面垂直，其长短表示负压(与吸力对应)或正压(与压力对应)的大小。
由图可看出，上表面的吸力占升力的大部分。
靠近前缘处稀薄度最大，即这里的吸力最大。
(a) 翼型上的压力分布
1—翼型 2—吸力 3—压力
(b) 不同迎角下翼型压力分布的变化
1—尾部漩涡
图2.3.7 翼型的压强分布图(压力分布图)
由图2.3.7(b)可见，机翼的压强分布与迎角有关。
在迎角为零时，上下表面虽然都受到吸力，但总的空气动力合力R并不等于零。
随着迎角的增加，上表面吸力逐渐变大，下表面由吸力变为压力，于是空气动力合力R迅速上升，与此同时，翼型上表面后缘的涡流区也逐渐扩大。
在一定迎角范围内，R是随着迎角α的增加而上升的。
但当α大到某一程度，再增加迎角，升力不但不增加反而迅速下降，这种现象我们叫做“失速”。
失速对应的迎角就叫做“临界迎角”或“失速迎角”(见图2.3.8)。
图2.3.8翼型的L-α曲线图2.3.9翼型的CL-α曲线
R随α的变化而变化，它在垂直于迎面气流方向上的分力L——升力，也随α的变化而变化。
为了研究问题方便，我们采用无因次的升力系数CL来表示升力与迎角的关系，即
CL=L
12ρvS2
升力系数CL随迎角变化的曲线称为升力曲线（图2.3.9）。
在一定飞行速度下，在迎角较小的范围内，升力系数CL由随迎角α的呈线性变化；随着迎角的继续增加，升力曲线逐渐变弯，到临界迎角时，升力系数达到最大值CLmax；之后再增大迎角，升力系数反而减小。
翼型的力矩特性及焦点
图2.3.10气动合力及力矩
当气流流过翼型时，可以把作用在翼型上的空气动力R分解为垂直翼弦的法向力L1和平行于翼弦的切向力D1(图2.3.10)。
我们规定使翼型抬头的力矩为正，则空气动力对F点的力矩可写为
MyP＝－L1 (xP-xF)≈－L (xP-xF)
改用力矩系数的形式表示为
Cm=图2.3.11 Cm-CL曲线 MyP
2ρv2Sc=-xP-xFL()=-CL(P-F) 2cρvS2
式中P和F分别是压力中心和任意点F到翼型前缘距离与弦长比的百分数(见图2.3.9)。
α不但影响R的大小，同时还改变其作用点(压力中心)。
为此，变换不同的迎角作实验，求出各个迎角下对应的升力系数CL和力矩系数Cm，画出Cm与CL曲线，如图2.3.10所示。
由该图可见，当CL不太大时曲线近似呈直线，不同的F 可得到不同的斜率。
因此总能找到一点，其Cm几乎不随CL而变化，这样的点在空气动力学中称之为焦点(或空气动力中心)。
由于升力增加时，升力对焦点的力矩不变，因此，焦点实质上是迎角增加时升力增量的作用点。
低速时，焦点一般在25%机翼弦长附近(见图2.3.11)。
焦点距前缘的相对位置用F(=xF/c)，绕该点的力矩系数用Cm0表示。
对于已选定的翼型，它们都是定值(见图
2.3.11)，
Cm0=-CL(P-F)
P=F-Cm0/CL
可见压力中心并非焦点，它是随CL的增大而前移，并逐渐接近焦点。
附面层与摩擦阻力
由于空气是有粘性的，所以当它流过翼型时，就会有一层很薄的气流被“粘”在机翼表面上。
这个流速受到阻滞的空气流动层就叫做附面层。
通常取流速达到
0.99v∞处为附面层边界，由翼型表面到该处的距离被认为是附面层的厚度。
受阻滞的空气必然会给翼型一个与飞行方向相反的作用力，这就是摩擦阻力。
附面层中气流的流动情况是不同的(见图2.3.12)。
一般翼型大约在最大厚度以前，附面
层的气流不相混淆而成层地流动，而且底层的速度梯度较小，这部分叫做层流附面层。
在这之后，气流的流动转变成杂乱无章，并且出现了旋涡和横向流动，而且贴近翼面的速度梯度也较大，这部分叫做紊流附面层。
层流转变为紊流的那一点称为转捩点。
在紊流之后，由于分离，附面层脱离了翼面而形成大量的旋涡，这就是尾迹。
图2.3.12附面层
摩擦阻力的大小，取决于空气的粘性、飞机的表面状况以及同空气接触的飞机表面面积等。
空气的粘性越大、飞机的表面状况越差、同空气接触的飞机表面面积越大，摩擦阻力也就越大。
为了减小摩擦阻力，就希望尽量延长层流段，因为附面层内的摩擦阻力同流动情况关系密切，层流的摩擦阻力小，紊流的摩擦阻力大。
选用最大厚度位置靠后的层流翼型，就有可能使转捩点位置后移。
但是转捩点的位置不是固定不变的，随着气流速度、翼型制造误差及表面粗糙度的增加等因素，都将使转捩点前移而导致摩擦阻力的增加。