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。
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。
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 科普
空气动力学科普空气动力学是研究空气在物体表面周围的流动及其对物体的影响的科学。
它是力学和流体力学的一个重要分支，广泛应用于航空航天、汽车、建筑等领域。
本文将从流动的基本原理、气流的特性以及应用领域三个方面科普空气动力学的知识。
一、流动的基本原理空气动力学研究的基础是流体力学。
在空气动力学中，流体可以看作是连续不断的微小粒子，其运动服从牛顿力学的基本定律。
空气动力学研究的主要对象是流体在物体表面周围的流动。
在空气动力学中，流体的流动可以分为层流和湍流两种形式。
层流是指流体沿着平行于表面的方向流动，流线间没有交叉和混乱。
湍流则是流体流动产生的一种混乱的状态，流线交叉、扭曲，流动速度和压力分布不规则。
物体表面周围的流动可以产生压力分布的变化。
当流体流过物体表面时，流体速度增加，压力就会降低，形成低压区域。
根据伯努利原理，流体速度增加时，压力就会降低，而流体速度减小时，压力就会增加。
这种压力分布的变化对物体产生了升力和阻力。
二、气流的特性在空气动力学研究中，气流的特性对于物体的设计和性能有着重要影响。
首先是气流的速度分布。
在物体周围的气流中，速度分布不均匀。
在物体正面，气流速度较快，而在物体背面，气流速度较慢。
这种速度分布的不均匀性对物体的阻力和升力产生了影响。
其次是气流的粘性。
气体具有一定的黏性，当气体流动时，会与物体表面发生摩擦。
这种摩擦会阻碍气流的流动，并产生阻力。
因此，在空气动力学中，研究气流的粘性对于降低阻力、提高效率非常重要。
最后是气流的湍流特性。
湍流是气流流动中产生的一种混乱状态，流线交叉、扭曲，流动速度和压力分布不规则。
湍流对物体的阻力产生很大影响，因此在空气动力学中，研究气流的湍流特性对于降低阻力、提高性能至关重要。
三、应用领域空气动力学在许多领域都有着重要的应用，下面分别介绍航空航天、汽车和建筑领域的应用。
在航空航天领域，空气动力学是飞机设计的重要基础。
通过研究机翼和机身的气动特性，可以优化飞机的升力和阻力，提高飞行效率。
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
空气动力学基础知识
空气动力学基础知识目录一、空气动力学概述 (2)1. 空气动力学简介 (3)2. 发展历史及现状 (4)3. 应用领域与重要性 (5)二、空气动力学基本原理 (6)1. 空气的力学性质 (7)1.1 气体状态方程 (8)1.2 空气密度与温度压力关系 (8)1.3 空气粘性 (9)2. 牛顿运动定律在空气动力学中的应用 (10)2.1 力的作用与动量变化 (11)2.2 牛顿第二定律在空气动力学中的体现 (13)3. 空气动力学基本定理 (14)3.1 伯努利定理 (15)3.2 柯西牛顿定理 (16)3.3 连续介质假设与流动连续性定理 (17)三、空气动力学基础概念 (18)1. 流体力学基础概念 (19)1.1 流速与流向 (20)1.2 压力与压强 (21)1.3 流管与流量 (22)2. 空气动力学特有概念 (23)2.1 空气动力系数 (25)2.2 升力与阻力 (26)2.3 空气动力效应与稳定性问题 (27)四、空气动力学分类及研究内容 (28)1. 空气动力学分类概述 (30)2. 理论空气动力学研究内容 (31)一、空气动力学概述空气动力学是研究流体（特别是气体）与物体相互作用的力学分支，主要探讨流体流动过程中的能量转换、压力分布和流动特性。
空气动力学在许多领域都有广泛的应用，如航空航天、汽车、建筑、运动器材等。
空气动力学的研究对象主要是不可压缩流体，即流体的密度在运动过程中保持不变。
根据流体运动的特点和流场特性，空气动力学可分为理想流体（无粘、无旋、不可压缩）和实际流体（有粘性、有旋性、可压缩）两类。
在实际应用中，理想流体问题较为简单，但现实生活中的流体大多具有粘性和旋转性，因此实际流体问题更为复杂。
空气动力学的基本原理包括牛顿定律、质量守恒定律、动量守恒定律、能量守恒定律等。
这些原理构成了空气动力学分析的基础框架，通过建立数学模型和求解方程，可以预测和解释流体流动的现象和特性。
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。
空气动力学效应
空气动力学效应空气动力学效应是指在空气中物体运动时所受到的力学效应。
它在许多领域中都有重要的应用，特别是在航空航天、汽车工程、建筑设计等领域。
本文将介绍空气动力学效应的基本概念、原理和应用。
一、空气动力学效应的基本概念空气动力学效应是指当物体在空气中运动时，由于空气的存在而对物体产生的力学效应。
空气动力学效应的主要原因是空气分子与物体表面发生碰撞，从而产生了气动力。
这种气动力包括了阻力、升力、侧力等。
1.1 阻力阻力是物体在空气中运动时所受到的阻碍力。
当物体在空气中运动时，空气分子与物体表面发生碰撞，使物体受到反向的力，从而减小物体的运动速度。
阻力的大小与物体的形状、速度、密度等因素有关。
1.2 升力升力是物体在空气中运动时所受到的向上的力。
升力的产生主要是由于物体表面的气流分离和气压差异所引起的。
升力的大小与物体的形状、速度、密度等因素有关。
在航空领域中，升力是飞机能够飞行的基本原理。
1.3 侧力侧力是物体在空气中运动时所受到的垂直于运动方向的力。
侧力的产生主要是由于空气动力学效应导致物体受到横向的气流作用。
侧力的大小与物体的形状、速度、密度等因素有关。
在汽车工程中，侧力对于提高车辆的操控性能具有重要意义。
空气动力学效应的原理是基于流体力学的基本原理和空气的物理性质。
流体力学是研究流体运动规律的学科，它是研究空气动力学效应的基础。
2.1 流体力学的基本原理流体力学的基本原理包括连续性方程、动量方程和能量方程。
连续性方程描述了流体的质量守恒定律，动量方程描述了流体的力学运动规律，能量方程描述了流体的能量守恒定律。
这些基本原理是研究空气动力学效应的理论基础。
2.2 空气的物理性质空气是一种气体，具有质量、体积和压力等物理性质。
空气的密度是指单位体积空气中所含的质量，密度越大，空气对物体的气动力越大。
空气的压力是指单位面积上空气对物体施加的力，压力越大，空气对物体的气动力越大。
三、空气动力学效应的应用空气动力学效应在许多领域中都有重要的应用。
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。
- 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)。
y
• Eliminate f’
vˆ
ˆ
y
V
tan
V
uˆ V
CP
2uˆ V
CP
2
பைடு நூலகம்
M
2
1
• Linearized flow tangency condition at surface
• Linearized definition of pressure coefficient
结论: 线化超音速压强系数正比于当地物面切线方向与自 由来流的夹角.
The pressure is higher on the front section of the hump, and lower on the rear section. So there is a drag force exerting on the hump. This drag is called wave drag.
本章的目的就是找到方程(11.18)的超音速解， 进而计算超音速翼型的气动特性。
12.2 线化压强系数计算公式的推导
1
M
2
2ˆ 2ˆ 0
x2 y2
• Linearized small perturbation equation
2
2ˆ
x 2
2ˆ
y 2
0
M
2
1
• Re-write for supersonic flow
1
M
2
1
(12.7)
结论: 方程的特征线是自由来 流马赫数对应的马赫线。
马赫线
由图(12.1)可以看出，马赫波斜率指向下游方向，因此，壁 面发出的任何扰动不能向上游传播（any disturbance at the wall cannot propagate upstream)； 这和亚音速情况完全不同， 在亚音速流中，扰动向四周传播（disturbances propagate everywhere throughout a subsonic flow）．
仔细观察（12.2)，这是一个一般解，f可以是x-λy的任 意函数，g可以是x+λy的任意函数。
沿 x y const. , f const. 沿 x y const. , g const.
方程（12.1)的特征线
x y const.
tan
(12.8)
1
M
2
1
dy 1
dx
1
M
2
uˆ vˆ 0 x y
• Equation is a linear PDE and easy to solve • Recall:
1
M
2
2ˆ
x 2
2ˆ
y 2
0
– Equation is no longer exact – Valid for small perturbations
2
M
2
1(特征值)
• Nature of PDE:
– Subsonic: (1 - M∞2) > 0 (elliptic 椭圆型) – Supersonic: (1 - M∞2) < 0 (hyperbolic双曲
型)
方程(11.18)中第一项系数的符号改变使方程的 解发生了很大变化，其超音速解和亚音速完全不同。
M>1
μ
μ
依赖域
影响域
dependence domain Influence domain
超音速流动的影响域和依赖域是一对顶锥（double cone）
DERIVATION OF PRESSURE COEFFICIENT, CP
ˆ f x y
uˆ ˆ f ;
x uˆ vˆ
• Solutions to hyperbolic wave equation
M∞>1
θ(+) Cp(+)
θ(-) Cp(-)
亚音速：
Cp
C p,0
1
M
2
超音速：
2
Cp
M
2
1
亚音速流动只改变不可压流动时压力分布的大小，不改变形状， 因此压力中心不变；
超音速流动时相对不可压流动，即改变了压力分布的大小，又 改变了形状，因此压力中心发生变化。
可压气流 不可压气流
超音速气流 不可压气流
uˆ V
(12.14)
uˆ V
d
M
2
1
dV V
(9.32)
dV d V
结论：超音速线化理论是将超音速流场中的压缩波、膨胀波全 部简化为对应来流马赫数的马赫波。
2
Cp
M
2
1
(12.15)
Conclusion: The linearized supersonic pressure coefficient is directly proportional to the local surface inclination with respect to the free stream.
• Combined result
• Positive q: the surface is inclined into the freestream direction
– Negative q: the surface is inclined
away from the freestream
公式(12.14)与公式（9.32)比较：
• Solution has functional relation
ˆ f x y
– May be any function of (x - λy) – Perturbation potential is constant
ˆ f ( x y) g( x y) along lines of x – λy = constant
• Slender bodies • Small angles of attack
b2
4ac
4
1
M
2
4
M
2
1
– Subsonic and Supersonic Mach numbers
– Keeping in mind these assumptions equation is good approximation
Recall：偏微分方程分类
a 2 b 2 c 2 d e f 0
x2 xy y2 x y
b2 4ac 0 双曲型方程 b2 4ac 0 抛物型方程 b2 4ac 0 椭圆型方程
b b2 4ac 特征值
2
SMALL PERTURBATION VELOCITY POTENTIAL EQUATION