高速空气动力学基础
空气动力学基础 空气动力学
流管变粗，流体的流速将减小，流体的动压减小，静压将增 加。
飞机机翼气动升力的产生：
当气流流过机翼表面时，由于气流的方向和机翼所采用的翼 型，在机翼表面形成的流管就像图2 - 5 中所示的那样变细或 变粗，流体中的压力能和功能之间发生转变，在机翼表面形 成不同的压力分布，从而产生升力。
叫升力，用L 表示 在平行来流方向上的分量叫阻力，用
D 表示。
2.4.2 升力的产生
飞机的升力主要由机翼来产生。 迎角α
相对气流与机翼弦线之间的夹角 迎角“正负”
当气流以一定的正迎角流过具有一定翼型的机翼时
在机翼上表面流管变细，流线分布较密；在机翼下表面流管 变粗，流线分布较疏。
空气动力学与飞行原理
第2章 空气动力学
知识要求
熟练掌握流体流动的基本规律 熟练掌握机体几何外形参数的表示和概念 能够根据相关知识对飞机所受空气动力进行分析 掌握高速飞行理论
2.1 流体流动的基本概念
研究
作用在飞机上的空气动力
气流
空气的流动称为气流。 空气相对物体的流动，称为相对气流。
2.3 机体几何外形和参数
2. 3.1 机翼的几何外形和参数
机翼翼型 机翼平面形状 机翼相对机身的安装位置
1.机翼翼型
翼型
用平行机身对称面的平面切割机翼所得机翼的切面形状
翼型参数
弦线、弦长b 厚度、相对厚度
最大厚度、相对厚度、最大厚度位置 中弧线、弯度、相对弯度
（d）后掠翼； （e）（f）和（g）为三角
形和双三角形。
参数
机翼面积S 梢根比η 翼展展长L 展弦比λ 后掠角χ 平均空气动力弦长
空气动力学前六章知识要点
空气动力学基础前六章总结第一章 空气动力学一些引述1、 空气动力学涉及到的物理量的定义及相应的单位①压强：是作用在单位面积上的正压力，该力是由于气体分子在单位时间内对面发生冲击（或穿过该面）而发生的动量变化，具有点属性。
0,lim →⎪⎭⎫ ⎝⎛=dA dA dF p 单位：Pa, kPa, MPa 一个标准大气压：101kPa②密度：定义为单位体积内的质量，具有点属性。
0,lim →=dv dvdm ρ 单位：kg/㎡ 空气密度：1.225Kg/㎡③温度：反应平均分子动能，在高速空气动力学中有重要作用。
单位：℃ ④流速：当一个非常小的流体微元通过空间某任意一点的速度。
单位：m/s ⑤剪切应力：dy dv μτ= μ：黏性系数 ⑥动压：212q v ρ∞∞∞= 2、 空气动力及力矩的定义、来源及计算方法空气动力及力矩的来源只有两个：①物体表面的压力分布 ②物体表面的剪应力分布。
气动力的描述有两种坐标系：风轴系（L,D ）和体轴系(A,N)。
力矩与所选的点有关系，抬头为正，低头为负。
cos sin L N A αα=- ， s i n c o s D N A αα=+3、 气动力系数的定义及其作用气动力系数是比空气动力及力矩更基本且反映本质的无量纲系数，在三维中的力系数与二维中有差别，如：升力系数S q L C L ∞=（3D ），cq L c l ∞='（2D ）L L C q S ∞≡,D D C q S ∞≡,N N C q S ∞≡,A A C q S ∞≡,M M C q Sl ∞≡,p p p C q ∞∞-≡,f C q τ∞≡ 二维：S=C(1)=C4、 压力中心的定义压力中心，作用翼剖面上的空气动力，可简化为作用于弦上某参考点的升力L,阻力D 或法向力N ，轴向力A 及绕该点的力矩M 。
如果绕参考点的力矩为零，则该点称为压力中心，显然压力中心就是总空气动力的作用点，气动力矩为0。
民用机飞行原理——高速空气动力学基础
(一) 弱扰动是怎样传播的?
交替地以弱压缩波和弱膨胀波的形式向外 传播，也可能以单纯的弱压缩波或弱膨胀波的 形式向外传播。总之不论是哪一种弱扰动，都 是以波的形式向远离扰动源的空间传播的。
(二) 弱扰动的传播速度——音速
• 不论是哪一种弱扰动，其传播速度就是音速， 即音波的传播速度。
• 音速在空气中的快慢也取决于空气是否容易压 缩。
第十四章 高速空气动力 学基础
主要分析高速飞行时气流特性，高速飞行空气动力的 变化规律，高速飞机翼型和机翼的空气动力特性以及 高速飞机安定性和操纵性的特点等问题
第一节、高速气流特性
• 高速飞行中气流特性之所以会出现不同于低速 飞行气流特性的现象，其根本原因是空气具有 压缩性的缘故
一、空气的压缩性
•气流M数或局部M数：在高速气流 中，在飞机周围各点气流速度与当 地音速之比。
(四) 弱扰动在气流中的传播
三、空气的压力、密度和温度 随流速的变化
• 高速气流规律： • 流速加快，压力、密度、温度都同时降低；
流速减慢，压力、密度、温度都同时升高。 • 空气压缩性影响的伯努利方程从能量守恒定律的观点
中表述为：在同一流管的各切面上，空气的压力能、 内能和动能之和保持不变，即总能量为一个常数。
•由此可见，空气沿流管从一个切 面流到另切面，如果动能增加，则 压力能与内能之和必然减少；如果 动能减少，则压力能与内能之和必 然增加 。
四、流管切面面积随流速的变化
• 在亚音速气流中，流管切面面积随着流速的增 大而减小；
• 在超音速气流中，流管切面面积随着流速的增 大而增大。 ρVA=常数 式中ρ—流管某一切面处空气密度； V—流管某一切面处的气流速度； A—流管某一切面处的流管切面积。
高速列车空气动力学研究
高速列车空气动力学研究引言:随着科技的不断进步和人们的出行需求的增加，高速列车成为了现代交通运输的一个重要组成部分。
高速列车的速度越来越快，因此对其空气动力学性能的研究变得越来越重要。
本文将探讨高速列车的空气动力学研究的重要性、研究内容和方法，以及该研究的实际应用。
一、空气动力学研究的重要性高速列车的空气动力学性能对列车的运行效率、能源消耗和安全性都有重要影响。
研究高速列车的空气动力学特性可以帮助设计工程师改进列车的外形，减小空气阻力，提高列车的速度和运行效率。
此外，空气动力学研究还可以帮助评估列车在不同环境下的稳定性和操纵性，为列车的操作和安全提供可靠的基础。
二、高速列车空气动力学研究的内容高速列车的空气动力学研究主要包括以下几个方面：1. 空气阻力和气动特性分析：通过数值模拟和实验测试，研究列车在高速运行时的空气阻力、气动力和流场分布。
这个分析的结果有助于设计工程师优化列车外形，减少空气阻力，提高列车的速度和能效。
2. 空气流动控制技术：通过安装气动装置，如尾部扩散器和侧吹装置，可以调节列车周围的气流，减小空气阻力和横风对列车的影响。
研究空气流动控制技术可以降低列车的能源消耗，增加列车的稳定性和操控性。
3. 高速列车与周围环境的相互作用：研究列车与周围环境的相互作用可以评估列车在不同气候和地形条件下的性能。
例如，研究列车在高山地区和隧道内的空气动力学特性，可以为列车的设计和运行提供必要的信息。
4. 高速运行下的噪声和振动控制：高速列车的运行会产生噪声和振动，对乘客和周围环境造成潜在影响。
研究高速列车的空气动力学可以帮助工程师降低噪声和振动水平，提供更舒适和安静的乘车环境。
三、高速列车空气动力学研究的方法高速列车的空气动力学研究可以使用多种方法，包括数值模拟、实验测试和仿真模型。
数值模拟通常使用计算流体力学（CFD）方法，通过对列车模型的数值计算，预测列车在不同速度和工况下的空气动力学性能。
实验测试可以通过风洞试验或全尺寸试验来获得列车的气动数据。
空气动力学基本理论(1)
我们宏观上关心的物体（如汽车）的任何一个尺寸 L 相比较都是微乎其
微的
•例如海平面条件下，空气分子的平均自由程为 l ＝10-8 mm，1mm3液体含
3×1021个分子，1mm3气体含 2.6×1016个分子;10-9mm3液体含 3×1012个分 子， 10-9mm3 气体含 2.6×107个分子
剪力，剪切力大小与流体变形速度梯度有关，而且与流体种类有关
流体的粘性
液体和气体产生粘性的物理原因不同，前者主要来自于液体分子间的内 聚力，后者主要来自于气体分子的热运动。因此液体与气体动力粘性系数随 温度变化的趋势相反：
液体： 温度升高，μ变小，反之变大 气体： 温度升高，μ变大，反之变小
液体和气体的动力粘性系数随温度变化的关系可查阅相应表格或近似公 式，如气体动力粘性系数的萨特兰公式等。
由于彻体力按质量分布，故一般用单位质量的彻体力表示，并且往
往写为分量形式：
f
lim
0
F
v
fxi
fy j
fzk,
作用在流体微团上力的分类
表面力：相邻流体或物体作用于所研究流体团块外表面，大小与流体团
块表面积成正比的接触力。
由于按面积分布，故用接触应力表示，并可将其分解为法向应力和切向
du (帕 N / m2 )
dy
这就是著名的牛顿粘性应力公式，它表明粘性剪切应力与速度梯度有关， 与物性有关。
基本物理特性
从牛顿粘性公式可以看出：
1. 流体的剪应力与压强 p 无关。
2. 当τ≠ 0 时，du 0 ，无论剪应力多小，只要存在剪应力，流体就会发 dy
高速列车空气动力学研究
高速列车空气动力学研究一、引言高速列车的空气动力学研究是基础工程学科领域中一个非常重要的研究方向。
目前，随着我国高速铁路的全面发展，高速列车的空气动力学问题也逐渐成为了学术界关注的热门话题。
本文将从基本概念、研究方法、实验结果等多个方面，对高速列车空气动力学研究进行深入探讨。
二、高速列车空气动力学基本概念高速列车空气动力学研究，是通过对高速列车在移动过程中，空气流动规律和各种影响因素进行计算机模拟和实验测试，来探究高速列车在空气环境中的行驶特性及其相关问题的学科。
在完成空气动力学研究之前，必须了解以下几个基本概念:1. 高速列车：指可以在600-800km/h的时速范围内运行的列车类型，如CRH时速——高速动车组等。
2. 空气动力学：是研究流体(如空气)在物体表面产生的压力、力和运动状态等方面的学科领域，属于流体力学的范畴。
3. 空气动力学力：是指空气在物体表面产生的静压力、动压力及粘性力对物体的作用力。
三、高速列车空气动力学研究方法高速列车空气动力学研究方法可分为两类：数值模拟和实验测试。
1. 数值模拟：数值模拟通常采用CFD(Computational Fluid Dynamics)方法，通过计算机模拟高速列车在空气中行驶时的流场分布和流动状态等参数，从而得出高速列车的空气动力学特性。
数值模拟方法相比实验测试来说，有明显的优势，如操作简单、费用较低、数据分析方便、仿真效果可视化等。
但也有一些缺陷，如假设过于理想与简单，无法考虑到复杂的小尺度压力和紊流效应等。
2. 实验测试：实验测试主要分为两种方式：静态试验和动态试验。
静态试验是通过研究高速列车在静止状态下受到的空气阻力等参数，来推算高速列车在高速行驶状态下的空气动力学情况。
动态试验通常采用风洞实验或者实际铁路线实验，通过数据采集和测量的手段，获得高速列车在不同速度下的气动力特性数据。
四、高速列车空气动力学实验结果高速列车的空气动力学实验结果，主要体现在下列几个方面：1. 高速列车的阻力特性：高速列车在高速行驶过程中，其阻力大小和分布规律将直接影响到列车的牵引功率和能耗。
飞机原理与构造第四讲_高速空气动力学基础(优.选)
2012/9/2
12
高速气流的特性
空气压缩性与音速a的关系
a dp
d
a 39 t 273 海里/小时
a 20.1 t 273 公里/小时
音速与传输介质的可压缩性相关，在空 气中，音速大小唯一取决于空气的温度，温 度越低，空气越易压缩，音速越小。
2012/9/2
13
高速气流的特性
亚音速、等音速和超音速的扰动传播
2012/9/2
4
高速气流的特性
空气的压缩性与飞行速度的关系
在大速度情况下，气流速度变化引起空气密度的变
化显著增大，就会引起空气动力发生额外的变化，甚至 引起空气动力规律的改变，这就是高速气体特性所以区 别于低速气流根本点。
飞行速度
200 400 600 800 1000 1200
空气密度增加的百分比 1.3% 5.3% 12.2% 22.3% 45.8% 56.6%
2012/9/2
激波前后气流参数变化 28
激波与膨胀波 激波实例
2012/9/2
29
激波与膨胀波 激波实例
2012/9/2
30
激波与膨胀波
激波
由于激波前后压力差相当大(例如，飞行速度为每小 时1800公里，激波后面的压力会比激波所压力提高1.39大 气压每平方米，将增大139000牛顿的空气压力)。
压力减小 收缩的流管 流速增大 密度不变
温度不变
压力减小
压力增大
流速增大 密度减 流速减小 密度增大
小
温度降低
温度升高
压力增大 扩张的流管 流速减小 密度不变
温度不变
压力增大
压力减小
流速减小 密度增 流速增大 密度减小
高速行驶汽车的空气动力学分析
高速行驶汽车的空气动力学分析汽车是现代人生活中必不可少的交通工具之一，而在高速公路上行驶的汽车不仅仅需要安全、舒适，还需要具备一定的稳定性和速度。
在高速行驶中，车辆与周围环境之间产生的空气运动将会对车辆的行驶产生影响，因此，对高速行驶汽车的空气动力学分析显得尤为重要。
一、汽车在高速行驶中的气动力学特性在高速行驶中，空气动力学特性是影响汽车行驶的关键因素之一。
当汽车以高速行驶时，空气将会对整个汽车造成一定的阻力，同时也会形成一定的升力。
与此同时，高速气流对轮胎、悬挂系统、动力系统等部件都产生影响。
因此，进行汽车的空气动力学分析是确保汽车行驶安全、稳定的重要步骤之一。
二、汽车在高速行驶中的阻力与升力在高速行驶时，汽车前方所承受的空气阻力是很大的。
阻力会随着行驶速度的增加而增加，但阻力的大小并不是线性增加的，而是随着速度的平方而增加。
当汽车行驶速度超过200km/h时，空气阻力所占比重将会超过汽车本身重量的一半。
因此，降低汽车阻力是一项很重要的工作。
与汽车承受的空气阻力不同，当汽车行驶时，在车身的上表面会形成一定的升力。
升力的大小与汽车的角度、车速、空气密度等因素有关。
升力的对汽车的影响不容忽视，如果升力过大，车轮可能会失去地面的抓力，从而影响整个汽车的稳定性。
三、汽车的气动外形和气动防护汽车的气动外形是影响汽车空气动力学特性的主要因素。
汽车在高速行驶时，较为平整的气动外形会减小汽车承受的空气阻力，从而提高汽车的速度、稳定性和燃油经济性。
此外，气动防护也是汽车空气动力学分析中不可忽视的一方面。
例如，在高速行驶时，汽车侧窗玻璃开启会改变汽车的气动力学特性，从而增加阻力，影响汽车的稳定性。
四、汽车空气动力学分析的应用汽车的空气动力学分析可以帮助改善汽车的流线外形设计、减小汽车承受的空气阻力，提高汽车的燃油经济性和行驶稳定性。
同时，空气动力学分析也可以指导汽车的气动防护设计，实现更加安全的汽车行驶。
总之，汽车的空气动力学分析是汽车安全、舒适和速度的保证。
空气动力学的基础理论与应用
空气动力学的基础理论与应用空气动力学是研究物体在空气中运动时，所受到的气动力及其作用性能的科学。
自人类研制飞行器以来，空气动力学便成为飞行器设计和研究的重要领域。
但实际上，空气动力学研究的范围远不止飞行器，还适用于汽车、高铁、桥梁等领域。
本文将介绍空气动力学的基础理论和应用。
一、空气动力学的基础理论1.流体力学空气动力学的基础理论是流体力学，它主要研究流体的运动方式和运动规律。
在空气动力学中，流体大多指气体。
气体的流动可以分为层流和湍流。
层流指气流的运动呈现平滑的状态，流线整齐，速度分布均匀，剪应力小。
而湍流则是气流的运动方式呈现混沌、无规律的状态，流线混乱，速度分布不均匀，剪应力大。
2.空气动力学基本方程空气动力学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。
质量守恒方程描述的是气体内部质量的守恒。
动量守恒方程描述的是气体内部动量的守恒。
能量守恒方程描述的是气体内部能量的守恒。
这些方程组成了解决气体流动问题的数学基础。
3.气动力学气动力学研究物体在空气中运动时所受到的气动力。
气动力可以由压力力和剪力组成。
气体静压力是气体由于分子速度和数密度变化产生的压力。
气体剪切力是气体分子之间的相互作用力，作用在物体表面上。
二、空气动力学的应用1.飞行器在飞行器设计中，空气动力学是不可或缺的。
飞行器的气动外形和气动力性能的研究需要应用空气动力学的基础理论和计算方法。
在工程实践中，需要进行气动计算、模拟和试验研究，以验证新型设计的气动性能，并进行数据分析和优化。
2.汽车汽车空气动力学研究主要是优化车身外形和改善车辆的空气动力性能。
优化车辆外形可以提高燃油效率、降低汽车空气阻力、提高安全性和稳定性。
在汽车设计中，也需要进行气动计算、模拟和试验研究，以验证新型设计的气动性能，并进行数据分析和优化。
3.高铁高铁空气动力学研究主要是优化列车外形和改善列车的空气动力性能。
在高速列车行驶过程中，空气阻力对列车运行速度和能源消耗有着重要影响。
空气动力学基础知识
分类：
低速 亚声速 跨声速 超声速（高超）
稀薄气体空气动力学、气体热化学动力学、电磁流体力 学等
工业空气动力学
研究方法：
（1）流体微团： 空气的小分子群，空气分子间的自由行程与飞行器相 比较 太小，可忽略分子的运动
（2）流线：
一、流场（续）
（3）流管：
多个流线形成流管
管内气体不会流出
管外气体也不会流入，不同的截面上，流量相同
（4）定常流：
流场中各点的速度、加速度以及状态参数等只是几
何位置的函数，与时间无关
（5）流动的相对性
质量守恒原理在流体力学中的应用
或写成：
d dV dA0 V A
VAm(常数)
在连续V小方、程小：范围内常 数 ， d0 A大，V小
VA常数 A小，V大
三、伯努里方程（能量守恒定律）
在低速不可压缩的假设下，密度为常数
伯努里方程： 其中：p-静压，
p1V2 C(常数)
2
1/2V2 — 动压，单位体积的动能，与高
四、飞机的操纵机构
飞机：升降舵、方向舵、副翼及油门杆 导弹：摆动发动机喷管，小舵面 1.升降舵偏转角e
后缘下偏为正，产生正升力，正e产生负俯仰力矩M 2.方向舵偏转角r 方向舵后缘左偏为正，
正r产生负偏航力矩N 3.副翼偏转角a
右副翼后缘下偏 (左副翼随同上偏)为正 正a产生负滚转力矩L
五 、弹飞行运动的特点
刚体飞机，空间运动，有6个自由度：
三质、心飞x、行y、器z线运运动动的（自速度由增度减，升降，左右移动）
高速列车的空气动力学研究
高速列车的空气动力学研究随着科学技术的不断发展和进步，高速列车作为一种高效、安全、舒适的交通工具，已经成为人们出行的首选。
而在高速列车的设计和研发中，空气动力学就是一个尤为重要的领域。
本文将就高速列车的空气动力学进行一些初步探讨。
一、高速列车的空气动力学基础空气动力学是研究物体在流体中运动的科学，而高速列车所处的环境就是流体。
因此，研究高速列车的空气动力学就是研究高速列车在运行过程中受到的各种空气流动的影响，以及如何通过设计和改变车体外形来减小风阻和空气阻力。
这是提升高速列车运行效率和降低能耗的重要手段。
高速列车的空气动力学基础主要包括以下三个方面：1. 高速列车所处的空气流动场高速列车在行驶过程中，周围的空气会因为列车的运动而发生不同的变化，从而形成不同的气流场。
这些气流场会对列车行驶的稳定性、安全性和能耗产生影响，因此需要进行深入研究。
2. 高速列车风阻和空气阻力高速列车行驶所需要克服的阻力主要有摩擦阻力、轨道阻力和空气阻力。
其中，空气阻力是高速列车行驶主要的阻力来源之一，因此减小风阻和空气阻力可以有效提高列车的运行效率。
3. 高速列车所采用的改变车体外形的设计技术为了减小高速列车的风阻和空气阻力，降低列车运行的能耗，需要对车体外形进行改进。
列车所采用的改变车体外形的设计技术包括车头形状设计、车身尾缘、气动外形与气动平衡性的设计等等。
这些技术的应用可以有效地减小列车的风阻和空气阻力。
二、高速列车空气动力学的研究现状目前，国内外对高速列车的空气动力学研究已经取得了很大的进展。
以下就是一些目前比较典型的研究成果和应用：1. 实验和数值模拟方法的研究为了深入研究高速列车的气动特性，目前研究人员主要采用实验和数值模拟方法进行研究。
通过实验和数值模拟可以深入地了解高速列车所处的气流场，分析高速列车的气动性能，优化车体外形等等。
2. 高速列车风洞试验高速列车的风洞试验是空气动力学研究中的一种重要方法。
风洞试验可以快速地获取大量数据，帮助研究人员深入了解高速列车的运行情况、车体外形和空气动力学特性等等，从而更好地优化车体设计和改进列车性能。
高速列车空气动力学分析及其优化研究
高速列车空气动力学分析及其优化研究随着我国高铁网络的不断完善，高速列车在人们的出行中扮演着越来越重要的角色。
然而，在高速列车的运行中，空气阻力问题是一个不容忽视的因素。
因此，对高速列车的空气动力学性能进行分析和优化研究，是提高高速列车运行效率的重要途径。
一、高速列车空气动力学性能分析高速列车在运行过程中，由于行驶速度较快，所以空气阻力是基本的能量损耗。
因此，需要对高速列车的空气动力学性能进行分析研究。
1. 高速列车的气动特性高速列车在运行过程中，其气动特性主要表现为风阻和循迹两个方面。
具体来说，高速列车发生的阻力主要包括底阻、压阻、涡阻和阻力波。
底阻：沿轨道的斜率和曲率的变化导致了底阻，这种阻力主要是由于车底部的空气流动而产生的。
压阻：高速列车在运行过程中因为扰动而形成的气流会导致气压分布不均，底部气压较高，顶部气压较低，由此产生了压阻。
涡阻：高速列车在运行过程中产生的扰动和阻力波的交互作用会产生涡阻，从而导致部分能量的损失。
阻力波：由于高速列车在运行过程中制造的压力变化，它们后面会产生一系列的空气涡流，这些涡流之间会相互干扰，形成一系列不规则的气流，这种现象被称为阻力波。
2. 分析空气动力学性能的手段目前，对于高速列车的空气动力学性能分析主要有两个方面的手段，一是数字模拟和计算流体动力学（CFD）模拟，二是实验模拟。
数字模拟和CFD模拟是目前评估高速列车气动性能的最主要的方法。
通过这种方法，可以获取关于阻力、流量、压力、车速等一系列参数的数据，进而用于优化高速列车气动性能的设计。
实验模拟包括风洞试验和实际测试。
在这种方法中，研究人员会利用缩比模型进行试验，并利用这些数据来获取有关车体气动力学的数据。
这种方法在设计和评估高速列车时也很有用。
二、高速列车的空气动力学性能优化为了进一步提高高速列车的运行效率，需要针对其空气动力学性能问题进行优化。
具体来说，可以从以下几个方面入手：1. 形状设计优化高速列车的形状设计是影响其气动特性的主要因素。
高速列车空气动力学特性数值模拟研究
高速列车空气动力学特性数值模拟研究高速列车是一种重要的运输方式，其速度快，运载量大，安全可靠等特点使得其得到了广泛应用。
在高速列车的设计中，空气动力学特性是一个十分重要的考虑因素。
通过对高速列车空气动力学特性的研究，可以有效地提高高速列车的运行效率和安全性。
本文将介绍高速列车空气动力学特性数值模拟研究的相关内容。
一、高速列车空气动力学基础知识在研究高速列车空气动力学特性之前，需要先了解一些基础知识。
高速列车在行驶过程中，会受到空气的阻力、升力、侧向力等影响。
其中，空气阻力是最主要的影响因素。
空气阻力主要与高速列车的速度、形状、尺寸、载荷等因素有关。
在高速列车的设计中，需要通过提高气动效率来降低空气阻力，从而提高列车的速度和运行效率。
二、高速列车空气动力学数值模拟方法为了研究高速列车的空气动力学特性，可以采用数值模拟方法。
数值模拟是通过计算机模拟高速列车在不同速度下的空气动力学特性，可以快速获取大量的数据，并分析其影响因素，为高速列车的设计提供参考。
在数值模拟中，可以采用CFD（Computational Fluid Dynamics, 计算流体力学）方法。
CFD方法是通过离散化连续介质的控制方程组来模拟流场，并通过数值方法求解得到数值解的一种方法。
其中，控制方程组包括连续性方程、动量方程和能量方程等。
采用CFD方法可以对流体流动的各种特性如速度、压力、温度等进行计算，并对流场进行可视化处理，帮助工程师更好地理解流体流动的行为。
三、高速列车空气动力学数值模拟实验研究在实际研究中，针对不同类型高速列车建立数值模型，进行数值模拟实验研究。
下面，以中国首列高速磁浮列车“复兴号”为例，介绍其空气动力学数值模拟实验研究。
通过对“复兴号”的数值模拟实验研究，可以得到以下结论：1.空气动力学特性对速度的影响研究发现，随着列车速度的增加，空气阻力和升力系数均呈指数型增加，其中空气阻力系数的增加速度更快。
这是因为，在高速列车行驶过程中，空气对列车的阻力会随着速度的增加而增大。
高速列车的空气动力学分析
高速列车的空气动力学分析高速列车作为现代交通工具的重要组成部分，不仅拥有高速、高效、安全的特点，还未来垂青的环保、节能、舒适方向发展。
而对于高速列车的空气动力学分析，应用于设计、优化和改进列车外形和高速行驶的稳定性等方面，是实现上述特点的重要保障。
本文将分析高速列车的空气动力学特性，探究其对列车性能的影响。
一、高速列车运动状态下的空气动力学特性高速列车作为一种高速、复杂的运动系统，其空气动力学特性主要表现为气动力、气动力矩以及阻力等三个方面。
其中，气动力作为列车运动状态下最主要的特性，对于列车的高速行驶、转弯和稳定性都具有重要影响。
在高速列车运动状态下，其表面呈现出复杂的三维非定常流动，包括流动脱落、边界层剥离等现象。
这些现象都在不同程度上影响了列车的气动力学特性，导致高速列车具有以下的特点：1. 高速列车的气动力波动较大，表现为前沿超声波及其他压力波的波动，对列车的噪声和振动产生较大影响；2. 高速列车的前缘、侧壁与上部蓬的流动相互影响，形成复杂的流动结构，增加了列车气动力学的计算和模拟难度；3. 高速列车侧向风向角过大，容易失去稳定性，因此需要增加制动力以保持稳定。
二、高速列车外形对气动性能的影响高速列车的外形是制约其气动性能和耗能的关键因素。
外形的研究不仅可以优化列车的气动性能，还可以减少轨道运输的能源消耗和环境污染等。
经过多年的研究，大致可以得出以下规律：1. 外形首尾比对气动力有重要影响。
在高速列车运动状态下，车头前端的外形尖度和线形是影响气动力的关键因素。
相对地，车尾的气动力影响较小。
因此改善车头外形能够有效地降低列车阻力；2. 高速列车外形的平滑性和流线型也会影响气动力。
具有光滑线形的列车阻力较低，气动噪声也相对较低。
此外，尾部的翘角和车体与轮轴之间的距离等也都会影响列车阻力和稳定性。
三、高速列车的气动噪声问题高速列车的运行噪声主要由机械噪声和气动噪声组成。
在这两者中，气动噪声是最主要的噪声来源之一。
高速列车空气动力学研究
高速列车空气动力学研究一、引言高速列车是现代铁路交通的重要组成部分，随着技术的不断进步，高速列车运行速度也随之逐步提升，由此带来的空气动力学问题也愈加复杂。
本文将对高速列车空气动力学研究进行详细探讨。
二、高速列车空气动力学基础知识1.空气动力学的基本概念空气动力学是研究空气和固体物体相互作用的学科。
其中，空气指的是大气或气体流动。
固体物体与空气接触时，会发生压力、阻力、升力等现象。
这些现象与空气的粘性、流速等因素密切相关。
2.高速列车对空气动力学的影响高速列车行驶时，会对周围空气产生影响，产生的空气动力学现象包括：（1）压力分布不均：高速列车运行时会产生大量的气流，这些气流会对周围的空气产生压力分布不均的影响。
（2）气动力影响：高速列车运行时会产生气动力，即空气对列车的作用力，包括推力、阻力、升力、侧力等。
（3）空气声学影响：高速列车行驶时也会产生一定的声音，这些声音会对周围环境产生一定的影响。
三、高速列车空气动力学研究1.数值模拟方法数值模拟是研究高速列车空气动力学的一种重要方法。
通过建立高速列车和周围空气的数学模型，运用计算机模拟高速列车运行过程中产生的气流、气动力、声学等现象，进而分析研究高速列车空气动力学特性。
2.实验方法实验方法也是研究高速列车空气动力学的常用手段。
研究者通常使用风洞或实际列车进行试验，收集数据并进行分析，以揭示高速列车空气动力学的规律。
3.研究现状目前，国内外对于高速列车空气动力学的研究已经有了一定的积累。
其中，国外学者研究更加深入，技术更为成熟，涉及到空气动力学原理、设计优化、降噪改善等多个方面。
而国内学者则更关注实际运用，针对不同类型的高速列车进行研究，并寻求提高运行速度和降低运营成本的方法。
四、高速列车空气动力学应用1.提高列车设计效率研究高速列车空气动力学，可以为列车的设计提供更为准确的数据依据，进而提高列车设计效率和质量。
2.优化列车降噪高速列车运行时产生的噪音对周围居民造成一定的影响。
高速列车空气动力学研究及应用
高速列车空气动力学研究及应用在现代社会，随着科技的发展和高速列车的普及，空气动力学研究对高速列车的稳定性和安全性发挥了至关重要的作用。
本文将从空气动力学的基础以及与列车相关的应用方面进行探讨。
一、空气动力学基础空气动力学是研究空气的动力学原理的科学，主要涉及风力、风向、空气阻力、雷达波的反射和折射等。
在高速列车运行过程中，空气动力学因素非常重要，必须加以充分研究和分析。
列车所受到的气动力主要包括气流、气压和气动阻力。
1. 气流：既是列车进入的空气流动，也是由列车行驶产生的空气流动。
列车速度越大，气流所含的能量也就越强，所以一些列车设计师会通过降低列车高度、减小前部阻力等途径来抑制气流对列车已有的影响。
2. 气压：由于列车运动过程中电气元件摩擦，汽车发动机等因素，所产生的一部分能量被转化为了温度。
一些列车的设计师将这种能量利用起来，通过香蕉型的车身设计，实现了节约能耗的效果。
3. 气动阻力：列车运行过程中的空气阻力，由于列车运动的速度愈快，所受到的空气阻力也将愈大，所以设计师需要优化列车车身的形状，减少空气阻力，提高列车速度。
因此，以上三个参数对列车的稳定性、速度等方面都有一定的影响，而在列车发展的过程中，设计师们会通过对这些参数的充分研究和分析，不断优化列车设计，提升其性能。
二、高速列车空气动力学应用高速列车作为交通领域的代表，其性能影响着需求和竞争优势。
高速列车的空气动力学应用，进一步增强了列车的性能，提高了列车在市场中的竞争力。
1. 高速列车运动稳定性的提高在高速行驶时空气动力学因素对列车的运动稳定性产生了很大的影响。
因此，设计师们在天气条件变化较大，包括大风、雨、雪天气中对车体进行了大量的测试和研究。
所以，车体形状是影响列车稳定性的因素之一，具体表现在化解车前部气流不平稳、降低风压变化和减小空气阻力等方面。
2. 高速列车的速度提高高速列车运动阻力主要来自于空气阻力。
优化列车形状是减小空气阻力的最有效措施。
《高速空气动力学》课件
燃烧室内部的材料需要具备出色的耐高温性能和抗烧蚀能 力，以确保发动机的可靠性和寿命。
05
高速空气动力学的发展趋势和展望
高速空气动力学面临的主要挑战
高马赫数流动的复杂性
随着飞行速度的增加，空气流动的特性变得更加复杂，包括湍流、激波、边界层分离等现象，这给数值模拟和实验测 量带来了极大的挑战。
研究高超声速飞行中的热力学效应和化学反应，对 于理解高超声速飞行中的空气动力学问题具有重要 意义。
数值模拟与实验验证
提高数值模拟的精度和稳定性，以及加强实 验验证，是未来研究的重点方向之一。
THANKS
感谢观看
高超声速飞行
随着科技的发展，高超声速飞行 已成为可能，这将对航空航天领 域产生重大影响。研究高超声速 飞行中的空气动力学问题，如热 力学效应、化学反应等，是未来 的重要研究方向。
数值模拟与实验验证 相结合
随着计算能力的提升，数值模拟 已成为研究高速空气动力学的重 要手段。未来将更加注重数值模 拟与实验验证相结合，以提高研 究的准确性和可靠性。
激波
由于流体速度的突然变化，导 致压力和密度急剧增加的现象
。
膨胀波
由于流体速度的减小，导致压 力和密度降低的现象。
形成机制
流体的压缩性和粘性是激波和 膨胀波形成的关键因素。
传播特性
激波和膨胀波在流体中以声速 传播。
高速流动的边界层理论
边界层
流体的一个薄层，其中流体的速度从零变化 到流体的自由流速。
件和目标。
风洞实验方法
风洞实验通常包括模型制作、安 装、气流调整、数据采集与分析 等步骤。这些步骤对于获得准确
可靠的实验结果至关重要。
飞行试验技术
(精品)空气动力学课件：高速可压流动基础
动时所作的功；另一项是动能的改变量。
• 用焓表示时，上述能量方程为：
dq dh VdV 在一维定常绝热可压缩流中 ，上能量方程可积分为：
hV2 C 2
27/120
6.3.1 一维定常绝热流的能量方程
2. 一维定常流能量方程的不同形式
根据焓的不同表达
从而：
h
e
p
c pT
RT 1
1
p
a2
1
V22
• 如果描写流场的诸物理参数（ V ， p ，ρ ，T）发生了变化，
就说流场受到了扰动。
• 使流动参数的数值改变得非常微小的扰动，称为微弱扰动简称 为弱扰动，例如说话（即使是大声说话）时声带给空气的扰动
就是如此。
dp 1, d 1, dT 1
p
T
• 使流动参数改变有限值的扰动，称为有一定强度的扰动简称为 强扰动，例如激波便是一种强扰动。
2
cpT
常数(沿流线)
V22 RT 常数(沿流线) 2 1
条件：沿流线定常、绝 热、绝功、略势能、可 压缩、允许有粘性
V22 p 常数(沿流线) 2 1
V 22
a2
常数(沿流线)
2 1
表明：沿流（线）管 V 增加时，h,T,a下降，但 总能量不变
速度的变化不会引起气体温度即内能的显著变化，因此对于
不可压流体其内能不变或温度不变，不考虑其热力关系。
• 对不可压流体来说，如果温度有变化，那一定是传热引起的 ，但加热只能使温度升高或内能增加，不能使流体膨胀做功 。
对于高速气体来说（M 较大），即使是在绝热情况下，速度
的变化会引起热力关系（ p 、ρ 、 T ）变化，内能将参与能
在热力学中，常常引入另外一个代表热含量的参数 h（焓） he p
- 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)。
●激波实例
第十章 第 26 页
●激波实例
第十章 第 27 页
●激波实例
第十章 第 28 页
③ 翼型的跨音速升力特性
I. 升力系数随飞行Ｍ数的变化
临界M数， 机翼上表面
达到音速
1. 考虑空气压缩性，上表面密度
下降更多，产生附加吸力,升力系
数CL增加，且由于出现超音速区， 压力更小，附加吸力更大；
M数越大，空气被压缩得越厉害。
低速飞行(马赫数M<0.4) 可忽略压缩性的影响
高速飞行(马赫数M>0.4) 必须考虑空气压缩性的影响
第十章 第 8 页
③ 气流速度与流管截面积的关系
由连续性定理，在同一流管内
VAconst
速度增加，空气密度减小。 在亚音速时，密度的减小量小于速度的增加量，故加速时要求 截面积减小。流量一定，流速快则截面积减小；流速慢则截面积 增大。
第十章
高速空气动力学基础
飞行原理/CAFUC
本章主要内容
10.1 高速气流特性 10.2 翼型的亚跨音速气动特性 10.3 后掠翼的高速升阻力特性
第十章 第 2 页
10.1 高速气流特性
飞行原理/CAFUC
10.1.1 空气的压缩性
空气的压缩性是空气的压力、温度等条件改变而引 起密度变化的属性。 低速飞行(马赫数M<0.4)
第十章 第 41 页
●亚音速下对称气流流经后掠翼
对称气流经过后掠翼,可 以将气流速度分解到垂直 于机翼前缘和平行于机翼 前缘。
第十章 第 42 页
●后掠翼的翼根效应和翼尖效应
在气流向后的流动过程中， 平行于前缘的气流分速不发 生变化，而垂直于前缘的有 效分速则发生先减速、后加 速、再减速的变化，导致总 的气流方向发生左右偏斜。
后掠翼的升力大小由垂直 于前缘的有效分速所决定。
第十章 第 43 页
翼根效应
亚音速气流条件下，上翼面前段流 管扩张变粗,流速减慢，压强升高，吸 力降低；后段流管收缩变细,流速加快， 压强减小,吸力有所增加。流管最细的 位置后移，最低压力点向后移动。
翼尖效应
亚音速气流条件下，上翼面前段流 管收缩变细，流速加快，压强降低， 吸力变大；在后段，流管扩张，流速 减慢，压强升高，吸力减小。流管最 细位置前移，最低压力点向前移动。
I. 临界马赫数
后掠翼的临界马赫数MCRIT比相同剖面平直 翼的MCRIT大。后掠角越大,MCRIT越大。这是 高亚音速飞机采用后掠翼的主要原因。
后掠翼的速度 分解
第十章 第 60 页
II. 后掠翼的翼尖激波
III. 后掠翼的后激波
第十章 第 61 页
IV. 后掠翼的前激波
V. 后掠翼的外激波
第十章 第 62 页
飞行马赫数大于1后，阻力系数会下降,但阻力会随着 M数的增加而增加。
第十章 第 34 页
⑦ M数对飞机的失速迎角的影响
第十章 第 35 页
⑦ M数对飞机的最大升力系数CLmax的影响
第十章 第 36 页
⑧ 飞机在不同M数下的极曲线
第十章 第 37 页
本章主要内容
10.1 高速气流特性 10.2 翼型的亚跨音速气动特性 10.3 后掠翼的高速升阻力特性
第十章 第 17 页
③ 翼型的亚音速阻力特性
翼型的阻力系数基本不随飞行Ｍ数变化。
④ 翼型的压力中心位置的变化
翼型的压力中心位置基本保持不变。
第十章 第 18 页
10.2.2 翼型的跨音速空气动力特性
跨音速是指飞行速度没达到音速，但机翼表面局部已经出现超 音速气流并伴随有激波的产生。
① 临界马赫数MCRIT
第十章 第 10 页
●速度、密度和截面积在不同M数下的变化值
气流M数 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6
流速增加的百
分比
1%
1%
1%
1%
1%
1%
1%
1%
V/V
密度变化的百
分比
/
-0.04% -0.16% -0.36% -0.64% -1% -1.44% -1.96% -2.56%
本章主要内容
10.1 高速气流特性 10.2 翼型的亚跨音速气动特性 10.3 后掠翼的高速升阻力特性
第十章 第 14 页
10.2 翼型的亚跨音速气动特性
飞行原理/CAFUC
10.2.1 翼型的亚音速空气动力特性
●亚音速的定义 飞行M数大于0.4,流场内各点的M数都小于1。
① 翼型的亚音速空气动力特性
第十章 第 49 页
●后掠角失速的产生与发展
第十章 第 50 页
●机翼平面形状对失速的影响
椭圆形机翼
矩形机翼
第十章 第 51 页
梯形机翼
后掠翼
II. 后掠翼的临界迎角和最大升力系数比平直翼小
同平直机翼相比,后掠翼 相同迎角下的升力系数 更小,最大升力系数和临 界迎角也较小。根本原 因在于后掠翼的升力特 性是由垂直于前缘的有 效分速决定的。
气流流过后掠翼时，流线左 右偏移的分析
第十章 第 44 页
●后掠翼的翼根和翼尖效应对升力的影响
第十章 第 45 页
翼根效应使翼根部位机翼的吸力峰 减弱，升力降低，翼尖效应使翼尖部 位的吸力峰增强，升力增加。
●后掠翼的翼根和翼尖效应对升力系数的影响
后掠翼各翼面 的升力系数沿 展向的分布
第十章 第 46 页
第十章 第 38 页
10.3 后掠翼的高速升阻力特性
飞行原理/CAFUC
●后掠翼与后掠角 后掠角是机翼¼弦长的连
线与飞机横轴之间的夹角。
第十章 第 40 页
10.3.1 后掠翼的亚音速升阻力特性
① 亚音速下对称气流流经后掠翼
●对称气流经过直机翼时的M数变化
气流经过直机翼后, 马 赫数M会增加。
音速与传输介质的可压缩性相关，在空气 中，音速大小唯一取决于空气的温度，温度 越低，空气越易压缩，音速越小。
●亚音速、等音速和超音速的扰动传播
第十章 第 7 页
② 空气压缩性与马赫数M的关系 M TAS a
马赫数M是真速与音速之比。分为飞行马赫数和局部马赫 数，前者是飞行真速与飞行高度音速之比，后者是局部真速 与局部音速之比（如翼型上表面某点的局部马赫数）。
II. 后掠翼的最大阻力系数 出现得更晚而且更小。
III.阻力系数随M数的变化 比较平缓。
第十章 第 64 页
④ 厚弦比对MCRIT的影响
同平直机翼相比, 后掠翼的MCRIT更大; 厚弦比越小, MCRIT 越大。
第十章 第 65 页
本章小结
流管截面积和气流参数随流速（M数）的变化规律 激波的概念、成因和激波前后气流参数的变化规律 局部激波的形成和发展过程 临界M数的概念和物理意义 后掠翼翼尖失速的特点 后掠翼的升力特性
●局部激波的形成与发展
1. 大于MCRIT后，上表面先产生激波。 2. 随M数增加，上表面超音速区扩展，
激波后移。 3. M数继续增加，下表面产生激波，
并较上表面先移至后缘。 4. M数接1,出现头部激波。
激波的视频
第十章 第 24 页
●激波实例
第十章 第 25 页
在亚音速气流 中,流管截面积 随流速的变化
第十章 第 9 页
③ 气流速度与流管截面积的关系
由连续性定理，在同一流管内
VAconst
速度增加，空气密度减小。 在超音速时，密度的减小量大于速度的增加量，故加速时要求 截面积增大。 因此，M>1时，流管扩张，流速增加，流管收缩，流速减小。
在超音速气流 中,流管截面积 随流速的变化
第十章 第 30 页
④ 翼型的跨音速阻力特性
I. 波阻的产生
波阻就是正迎角时，在跨音速阶段翼型产生的附加吸力向后 倾斜从而在速度方向所附加产生的阻力。
第十章 第 31 页
II. 翼型阻力系数随Ｍ数的变化
超过临界马赫数后，波阻急剧增大导致阻力系数急剧增加的 马赫数，称为阻力发散马赫数。
第十章 第 32 页
2. 下翼面出现超音速区，且后移 较上翼面快，下翼面产生较大附 加吸力，CL减小；
3. 下翼面扩大到后缘，而上翼面 超音速区还能后缘，上下翼面的 附加压力差增大，CL增加。
下表面达 到音速
上表面激波 移至后缘
下表面激波 移至后缘
第十章 第 29 页
II. 最大升力系数和临界迎角随飞行Ｍ数的变化
当激波增强到一定程度，阻力系数急剧增大,升力系数迅速减 小,这种现象称为激波失速。随着飞行M数的增加,飞机将在更小 的迎角下开始出现激波失速,导致临界迎角和最大升力系数的继 续降低。
I. 局部激波的形成
飞行马赫数大于临界马赫数后，机翼上表面开始出现超音速区。 在超音速区内流管扩张，气流加速，压强进一步降低，与后端的 压强为大气压力的气流相作用，形成一道压力、密度、温度突增 的界面，即激波。
第十章 第 21 页
II. 局部激波的发展
第十章 第 22 页
II. 局部激波的发展
第十章 第 23 页
⑤ 翼型的超音速升力特性
膨胀波
激波
第十章 第 33 页
在超音速阶段,M增 加，上翼面膨胀波后斜， 弱扰动边界与波前气流 的夹角减小，膨胀后的 压力比 不变而M增加 时降低得少；
M增加，下翼面激 波后斜，激波角减小， 下翼面压力比不变而M 增加时增加得少，总的 效果使升力系数减小。
⑥ 翼型的超音速阻力特性
第十章 第 52 页
③ 后掠翼飞机改善翼尖先失速的措施
主要方法: 阻止气流在机翼上表面的展向流动
主要手段: I. 翼上表面翼刀 II. 前缘翼刀 III. 前缘翼下翼刀
IV. 前缘锯齿 V. 涡流发生器