空气动力学基础01大气物理学
《空气动力学》大气物理学 ppt课件
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水平风
零度
水平风
同温层
20km 11km
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中间层、电离层的特点
中间层的特点
中间层从离地面50公里到80公里为止。
空气十分稀薄，温度随高度增加而下降。
空气在垂直方向有强烈的运动。
电离层(热层)的特点
中间层以上到离地面800公里左右就是电离层。
空气处于高度的电离状态，带有很强的导电性， 能吸收、反射和折射无线电波。
同温层之上随着高度的增加，温度逐步升高，直到顶 部温度升高到00C左右。
在平流层中，空气只有水平方向的流动。空气稀薄， 几乎没有水蒸汽，故没有雷雨等现象，故得名为平流 层。空气质量占整个大气的四分之一不到。
大气能见度好，气流平稳，空气阻力小，对飞行有利。 现代喷气式客机多在11-12km的平流层底层（巡航）飞 行。
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1.1 大气的重要物理参数
温度升高， 气体粘度系 数增大。
温度升高， 液体粘度 系数减小。
气体
液体
粘度系数ppt随课件温度变化情况
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1.1 大气的重要物理参数
可压缩性
流体在压强或温度改变时，能改变其原来体积及密度的特 性。
流体的可压缩性用单位压强所引起的体积变化率表示。即 在相同压力变化量的作用下，密度（或体积）的变化量越 大的物质，可压缩性就越大。
105 (千克/ 米秒)
1.780 1.749 1.717 1.684 1.652 1.619 1.586 1.552 1.517 1.482 1.447 1.418 1.418 1.418 1.418 1.418 1.418 1.418 1.418 1.418 1.418 1.418 1.912 2.047 1.667
空气动力学基本概念
如果过程不可逆，则熵值必增加，Δs >0。 等熵关系式 ：
p2
k 2
p1
k 1
k又称为等熵指数
1.4 描述流体运动的两种方法
流体运动的描述
流场：充满着运动流体的空间 流动参数：用以表示流体运动特征的物理量
描述流体运动的两种方法：拉格朗日法和欧拉法
拉格朗日法：流体质点 欧拉法：流场中的空间点
V2 ~ 2 Ma 2 a
马赫数M是研究高速流动的重要参数，是划分高速流 动类型的标准：
M<1，即气流速度小于当地声速时，为亚声速气流；
M>1，即气流速度大于当地声速时，为超声速气流；
M＝1时，气流速度等于当地声速；
一般又将M=0.8～1.2的气流称作跨声速气流。
1.3 热力学中的基本定律
定常流场、非定常流场
v x v x v x v x v v v dv vx v x dx y v dy v x dzz ax x y t x x x z dt t x dt y dt z dt vx v ( x, y , z , t )v x v v v y dv v v v v yy y dx y y y y dy y dz ay v xv v ay v ( x, v z y y , z , t ) dt t x dt y dt y y t x y z dt z dvz v z v z dx v z dy v z dz ( , z , t ) vx v v z a z v zv v z, y z z z az v dt v tx x dt y dt z v dtz y t x y z ax
空气动力学1
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空气动力学
Flying College
§2 空气动力学基础
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空气动力学
Flying College
教学要求
理解相对气流速度和空气动力的关系 理解连续性定理的含义 理解伯努利定理的含义和表达式 理解升力产生的原理
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空气动力学
Flying College
一、 空气流动的描述
空气动力是空气相对于飞机运动时产 生的，要学习和研究飞机的升力和阻力， 生的，要学习和研究飞机的升力和阻力， 首先要研究空气流动的基本规律。 首先要研究空气流动的基本规律。
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空气动力学
Flying College
国际标准大气的应用： 国际标准大气的应用： 国际标准大气不随时间、地点、季节而变化； 国际标准大气不随时间、地点、季节而变化； 飞机设计手册列出的飞机性能数据是在国际标准 大气的条件下得出的，使用时应按实际情况加以 大气的条件下得出的， 修正； 修正； 实际大气与标准大气相互换算的主要工作是确定 实际大气与标准大气的温度偏差， ISA偏差 偏差。 实际大气与标准大气的温度偏差，即ISA偏差。 常用于飞行活动中确定飞机性能的基本已知条件。 常用于飞行活动中确定飞机性能的基本已知条件。
李幼兰主编《空气动力学和维护技术基础》课件
1.1 大气的重要物理参数
2. 大气温度 【大气温度】大气层内空气的冷热程度，常用单位：摄氏温度（C）、 华氏温度（F）、热力学温度（K）
TC TF 32 5 / 9
TK TC 272.15
温度高低表征空气分子平均动能的大小。 大气层温度分布规律：在大约11km高度以下的大气层内，随高度
1.2 大气层的构造
2）由于空气电离释放热量，这一层温度很高，且随高度增加温度
上升；
3）由于空气密度极小，声波无法传播。 5. 散逸层：大气最外层
特点： 地心引力很小，大气分子不断向星际空间逃逸；
1.3 国际标准大气（ISA）
1.3.1 国际标准大气制定原因
实际大气层随地理位置、高度、季节、时间不同而不同，而人类 各种飞行活动与实验要比较，所以需要一个标准大气作为基准。
增加温度下降。
1.1 大气的重要物理参数
3. 大气压力 【大气压力】大气层内空气的压强，国际单位：Pa（N/m2）。
大气压强产生原因：1）空气重力；2）空
气分子不规则的热运动； 大气层压强分布规律：在大气层内，随高 度增加压强减小。
1.1 大气的重要物理参数
4. 黏性 【黏性】黏性是流体的固有属性，当流体内相邻两层之间流速不同， 或流体与物体间发生相对运动时，两流层接触面上或流体和物体接触 面上便发生相互牵扯的力，这种特性就是流体黏性。 【牛顿黏性定律】黏性切应力与两层流体间的相对速度成正比，与 两层流体间距离成反比，即：
度，还会改变飞机迎角；由下向上的垂直阵风使飞机相对气流速度突 然增大，迎角也突然增大；由上向下的垂直阵风使飞机相对气流速度 突然减小，迎角也突然减小；因此垂直阵风对飞机飞行性能影响比水 平阵风大。 遇到由下向上的垂直阵风时，飞机如是大迎角小速度飞行，应减小迎 角，增大速度；如是小迎角大速度飞行，可适当减小速度，增大迎角
空气动力学基础与飞行原理：大气物理参数
什么是大气压力？
大气压力
大气层内空气的压强，即物体单位面积上承受 的空气的垂直作用力。
气体对物体表面产生压力的原因：
上层空气的重力对下层空气造成了压力。 空气分子不规则的热运动。 所以同一高度上，由于空气温度不同，空气的压力也是不均匀的。
实际流体（粘性流体）
实际中的流体都具有粘性，因为都是 由分子组成，都存在分子间的引力和分子 的热运动，故都具有粘性，所以，粘性流 体也称实际流体。
理想流体 假想没有黏性的流体。
具有实际意义：
由于实际流体存在粘性使问题的研究和分析非常复 杂，甚至难以进行，为简化起见，引入理想流体的概念。
一些情况下基本上符合粘性不大的实际流体的运动 规律，可用来描述实际流体的运动规律，如空气绕流圆柱体时， 边界层以外的势流就可以用理想流体的理论进行描述。
不同温度下，大气所含有的水蒸气最大量是不同的。温度越 高，它能含有的水蒸气最大量越大。因此，随着温度的降 低，大气的相对湿度会增加。
露点温度是指大气中所含水蒸气已达到了饱和状态并开始
凝结，从而形成云、雾、降水等各种气象，而这些都会影响 飞机的飞行安全。所以，了解露点温度对飞行安全十分重 要。
含有水蒸气的空气比干空气密度小、重量轻，这对飞机的起 飞性能也有影响。
大气的重要参数-小结
温度 密度 压力
大气物
缩
性
性
3
4
湿
声
度
速
与航空器飞行有关的物理参数
The end
μ — 横向速度梯度为1时，在流层单 位接触面上产生的粘性力，称为流体的黏度系 数（动力黏度系数）；单位是Pa·s（帕·秒）
空气动力学01第1章绪论及基础知识-航院
教材：1.2.3.4.参考书：空气与气体动力学的任务、研究方法及发展流体静力学水力学理论流体动力学润滑理论基本任务：航空、航天、天气预报、船舶、体育运动、22v p constρ+=理想不可压流体伯努利方程空气流过飞行器外部时运动规律y L V ρ∞∞=Γ库塔儒可夫-儒科夫斯基定理假设实际黏性附面层旋涡/涡量Stokes 定理ndA Ω⋅=Γ∫y 翼梢小翼下洗速度诱导阻力有效迎角↓下洗角翼尖尾涡升力↓当地升力等效来流来流实际升力尾涡后掠机翼平直机翼n V 是产生升力/激波的有效速度后掠翼可提高产生激波的Ma cr边条涡边条翼：下表面压力>上表面压力气流旋转涡旋转涡心p 低而V 高流经部位压力低注入机翼表面气流能量推迟分离激波1V a >21V V <()120sh D mV V =−> 激波阻力7发动机气体动力学y 压气机/风扇：气体增压涡轮：气体膨胀8y 音障/音爆/音爆云正激波及阻力弱压缩波斜激波y 音障楔型体超音速运动激波及激波阻力阻力系数↑消耗3/4功率y 活塞发动机高速时螺旋桨效率低、桨尖易产生激波⇒喷气发动机y 降低波阻的超音速气动布局如后掠翼、面积率→蜂腰机身等y 音爆激波面上声学能量高度集中，这些能量让人感受到短暂而极其强烈的爆炸声。
超音速低压气流局部正激波斜激波局部亚音气流超音/亚音气流超音速气流膨胀加速压缩减速尾激波压缩减速y 音爆云激波后气体急剧膨胀降压降温潮湿天气气温低于露点水汽凝结水珠云雾y 亚燃冲压发动机进气道及扩压段斜激波及正激波拉伐尔喷管气流增压至亚音速燃烧室燃烧气流超音速喷出推力超燃冲压发动机进气道/斜激波气流增压且超音速气流超音速喷出航天空气动力学y 可压缩性黏性摩擦生热气流带走加热飞行器表面Ma=2⇒温度≈120侦察机Ma=3⇒温度y 热障结构强度↓刚度↓热能热辐射热传导气动热力学常温常压2000K<T<4000K 9000K<T 分子密度低11空气y 扑动速度均匀来流合速度合力升力推力机动性强举升/推进/悬停/快速变向等动作集于一个扑翼系统大升力利用非定常机制，其升力远高于常规飞行器，能够在低雷诺数条件下飞行。
空气动力学基础知识
空气动力学基础知识飞机的飞行原理第一章空气动力学基础知识一、空气的物理参数二、空气的物理性质三、大气分层四、国际标准大气五、气流特性空气是飞机的飞行介质。
随着高度的增加，空气的密度、温度、压力、音速和空气的物理参数和性质也随着变化，影响着飞机飞行中的空气动力性能、发动机的工作状态、飞机的机体结构连接间隙的变化和飞机的座舱环境的控制等。
基于上述原因，在讨论飞机的飞行原理之前，首先要对空气的物理参数和基本性质、大气的分层和国际标准大气、气流特性及气流流动的基本规律、附面层等有所了解，作为了解和掌握飞机飞行原理的基础。
一、空气的物理参数空气的密度、温度和压力是确定空气状态的三个主要参数，飞机空气动力的大小和飞机飞行性能的好坏，都与这三个参数有关。
1、空气的密度空气的密度是指单位体积内空气的质量，取决于空气分子数的多少。
即：ρ＝m/V公式中：ρ为空气的密度，单位是“千克/米3”；m为空气的质量，单位是“千克”；V为空气的体积，单位是“米3”。
空气的密度大，说明单位体积内空气的分子数多，我们称为空气稠密；空气的密度小，说明单位体积内空气的分子数少，我们称为空气稀薄。
大气的密度随高度的增加而减小。
2、空气的温度空气的温度是指空气的冷热程度。
空气温度的高低表明空气分子作不规则热运动平均速度的大小。
空气温度的高低可以用温度表（计）来测量。
空气的温度一般用“t”来表示。
我国和世界上大多数国家通常采用的是摄氏温度，单位用摄氏度（℃）表示。
西方的一些国家和地区采用的是华氏温度，单位用华氏度（℉）表示。
摄氏温度（℃）和华氏温度（℉）可以用下式进行换算：℉＝9/5℃十32℃＝(℉—32)5/9例如：0℃为32℉；15℃为59℉。
工程计算中经常采用“绝对温度”的概念，用“T”表示，单位用开氏度（oK）表示。
当空气分子停止不规则的热运动时，即分子的运动速度为零时，我们把这时的温度作为绝对温度的零度。
绝对温度（T）与摄氏温度（t）之间的关系可以用下列公式进行换算：T＝t＋273绝对温度的0oK等于摄氏温度－273℃3、空气的压力空气的压力（也称气压）是指空气的压强，即单位面积上所承受空气垂直方向的作用力。
空气动力学与飞行原理课件：大气的基本知识、大气特性
一、 二、 三、 四、
大气压力
大气压力的度量 海拔高度对大气压力、飞机性能 的影响 空气密度差异的影响
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壹 目录页
一、
大气压力
二、
大气压力的度量
三、 四、
海拔高度对大气压力、飞机性能 的影响
空气密度差异的影响
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第二节
大气的基本知识
地球表面有一层厚厚的大气层， 由于地球引力的作用，大气被“吸” 向地球，虽然空气很轻，但仍有质 量，有了质量就产生了力，它作用 于物体的效果就是压力。著名的马 德堡半球实验就证明了大气压的存 在。可以说，大气压力是地球引力 作用的结果。
（四） 热层
（五） 散逸层
又称逃逸层、外大气层，是地球大气的最外层，位于热层之上。那里的空气 极其稀薄，同时又远离地面，受地球的引力作用较小，因而大气分子不断地向星 际空间逃逸。航天器脱离这一层后便进入太空飞行。
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空气动力学与飞行原理
无人机与大气基本知识 大气特性
LOGO 17
第三节
目录页
学 习 大 纲
24
叁 海拔高度对大气压力、飞机性能的影响
随着海拔升高，空气变得稀薄，大气压力也随之降低。一般来说，高度每 增加1000ft,大气压力就会降低1mmHg。分布于全球的气象站，为了提供一个 记录和报告的标准，都会按照海拔高度每增加1000m就近似增加1mmHg的规 则将当地大气压转化为海平面压力。使用公共的海平面压力读数可以确保基于 当前压力读数的飞机高度计的设定是准确的。
气压随高度的变化
1
在大气处于静止状态时，某一高度上的气压值等于其单位水平面积上所承受的上部大气柱的重力，随着 高度增加，其上部大气柱越来越短，且气柱中空气密度越来越小，气柱重力也就越来越小。
空气动力学复习(1)
空气动力学复习一.大气物理构成成分：主要是氮气和氧气；按体积计算：氮气约78％；氧气约21％；其它约1％。
物理参数：温度、压力、密度；与飞行有关的其它参数：粘性、压缩性、湿度、音速；1.密度单位：公斤/平方米;大气密度随高度的变化规律:高度升高,密度下降;近似指数变化;2.温度单位：摄氏温度C、华氏温度F、绝对温度K;不同温度单位的对应公式：C=(F-32)*5/9; K=C+273.15大气温度与高度的关系，对流层每上升1000M，温度下降6.5摄氏度。
3.大气压力单位:毫米汞柱,帕,平方英寸磅,平方厘米千克,国际计量单位:帕.海平面15摄氏度时的大气压力:几种表示单位,数值;29.92inHg,760mmHg,1013.25hPa,14.6959psi,1.03323kg/cm2.4.粘性：特性;流体内两个流层接触面上或流体与物体接触面上产生相互粘滞和牵扯的力。
大气粘性主要是由于大气中各种气体分子不规则运动造成的.气体的粘度系数随温度升高而增大；没有粘性的流体称为理想流体。
5.可压缩性：一定量的空气在压力或温度变化时，其体积和密度发生变化的特性；6.湿度：相对湿度：大气中所含水蒸汽的量与同温度下大气能含有的水蒸气最大量之比。
温度越高，能含有的最大量越大，露点温度：大气中相对湿度为100%时的温度；7.音速：在同一介质中，音速的速度只与介质的温度有关；大气中的音速：V=20.1（T)1/2 M/S从地球表面到外层空间。
气层依次是：对流层、平流层、中间层、电离层和散逸层；对流层的高度：极地8KM，中纬度11KM，赤道12KM.二、空气动力学1基本概念1.1相对运动原理：1.2.连续性假设：1.3.流场、定流场、非定流场：流场：流体流动所占据的空间；定常流：流动微团流过时的流动参数（速度、压力、温度、密度等）不随时间变化的流动；非定常流：流动微团流过时的流动参数（速度、压力、温度、密度等）随时间变化的流动；与之对应的流场称为定流场和非定流场。
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。
空气动力学基本概念
空气动力学基本概念第一章一、大气的物理参数1、大气的(7个)物理参数的概念2、理想流体的概念3、流体粘性随温度变化的规律4、大气密度随高度变化规律5、大气压力随高度变化规律6、影响音速大小的主要因素二、大气的构造1、大气的结构（根据热状态的特征）2、对流层的边线和特点3、平流层的边线和特点三、国际标准大气（isa）1、国际标准大气（isa）的概念和基本内容四、气象对飞行活动的影响1、阵风分类对飞机飞行器的影响（横向阵风和水平阵风*）2、什么就是平衡风场？3、低空风切变的概念和对飞行的影响五、大气状况对飞机机体腐蚀的影响1、大气湿度对机体有什么影响？2、临界相对湿度值的概念3、大气的温度和温差对机体的影响第二章1、相对运动原理2、连续性假设3、流场、定常流和非定常流4、流线、流线谱、流管5、体积流量、质量流量的概念和计算公式。
二、流体流动的基本规律1、连续方程的含义和几种表达式（注意适用条件）2、连续方程的结论:对于低速、不可压缩的定常流动，流管变细，流线变密，流速变快；流管变粗，流线变疏，流速变慢。
3、伯努利方程的含义和表达式4、动压、静压和总压5、伯努利方程的结论:对于不可压缩的定常流动，流速小的地方，压力大；而流速大的地方压力小。
（这里的压力是指静压）重点伯努利方程的适用于条件：1）定常流动。
2）研究的就是在同一条流线上，或同一条流管上的相同横截面。
3）流动的空气与外界没能量互换，即为空气就是边界层的。
4)空气没粘性，不容放大――理想流体。
三、机体几何外形和参数1、什么就是机翼翼型；2、翼型的主要几何参数；3、翼型的几个基本特征参数4、表示机翼平面形状的参数（6个）5、机翼相对机身的角度（3个）6、表示机身几何形状的参数四、作用在飞机上的空气动力1、什么是空气动力？2、升力和阻力的概念3、应用领域已连续方程和伯努利方程表述机翼产生升力的原理4、迎角的概念5、低速飞行中飞机上的废阻力的种类、产生的原因和减少的方法；6、诱导阻力的概念和产生的原因和增加的方法；7、附面层的概念、分类和比较；附面层拆分的原因8、低速飞行器时，相同速度下两类阻力的比较9、升力与阻力的排序和影响因素10、大气密度增大对飞行器的影响11、升力系数和升力系数曲线（会画出升力系数曲线、掌握升力随迎角的变化关系，零升力迎角和失速迎角的概念）12、阻力系数和阻力系数曲线13、掌控升阻比的概念14、发生改变迎角引发的变化（升力、阻力、机翼的压力中心、减速等）15、飞机大迎角失速和大迎角失速时的速度16、机翼的压力中心和焦点概念和区别六、高速飞行的一些特点1、什么是空气的可压缩性？2、飞行马赫数的含义3、流速、空气密度、流管截面积之间关系4、对于“超音速流通过流管扩张来加速”的理解5、小扰动在空气中的传播及其传播速度6、什么是激波？激波的分类7、气流通过激波后参数的变化8、什么是波阻9、什么就是收缩波？气流通过收缩波后参数的变化10、临界马赫数和临界速度的概念11、激波减速和大迎角减速的区别12、激波拆分13、亚音速、跨音速和超音速飞行的划分*14、采用后掠机翼的优缺点比较第三章一、飞机重心、机体坐标和飞机在空中运动的自由度1、机体坐标系的建立2、飞机在空中运动的6个自由度二、飞行时作用在飞机上的外载荷及其平衡方程外载荷组成平衡力系的2个条件*：①、外载荷的合力等于零（外载荷在三个坐标轴投影之和分别等于零）∑x=0∑y=0∑z=0②、外载荷的合力矩等于零(外载荷对三个坐标轴力矩之和分别等于零)∑mx=0∑my=0∑mz=01、什么是定常飞行和非定常飞行？2、定常飞行器时，促进作用在飞机上的载荷平衡条件和均衡方程组三、载荷系数（过载）1、载荷系数的概念和则表示方法及ny的特点四、航行飞行器、降落和降落1、什么就是航行飞行器和巡航速度2、影响平飞所须要速度的因素3、最小平飞速度及其影响因素4、最轻平飞速度及其影响因素5、什么就是飞行器包线6、飞机的航行性能参数五、水平拐弯和前轮1、飞机水平转弯的受力分析和载荷系数2、侧滑和侧滑角的概念六、等速爬升和等速下滑1、等速爬升和爬升角的概念2、等速下滑和下滑角的概念3、影响下滑角的因素七、增升原理和增升装置1、增升装置的作用和原理2、后缘襟翼的种类和各自实行的液冷原理3、采用后缘襟翼的缺点4、前缘襟翼的分类和原理5、前缘缝翼的促进作用6、涡流发生器的促进作用第四章飞机的稳定性和操纵性一、飞机运动参数1、地面坐标系的创建2、飞机在空间的姿态表示方法二、飞机稳定性和操纵性的基本概念1、稳定性的概念及其分类2、动稳定性和静稳定性的概念和两者之间的关系3、飞机的稳定性问题分为哪3个方面4、什么就是飞机的操纵性，飞机的操纵性分成哪3个方面三、飞机的横向稳定性1、什么是飞机的纵向配平，如何实现？（飞机水平尾翼的一个关键促进作用就是确保飞机在相同速度下展开定常直线飞行器的横向均衡*。
空气动力学基础
质量守恒定律是连续性定理的基础。
第二章 2第1 页
●连续性定理
1
A1,v1
2 A2,v2
单位时间内流过截面1的流体体积为 v1 A1
单位时间内流过截面1的流体质量为1 v1 A1 同理，单位时间内流过截面2的流体质量为 2 v2 A2
第二章 4第3 页
●驻点和最低压力点
A点，称为驻点，是正压最大的点，位于机翼前缘附近，该处气流 流速为零。
B点，称为最低压力点，是机翼上表面负压最大的点。
第二章 4第4 页
② 坐标表示法
从右图可以看出，机翼升力的产 生主要是靠机翼上表面吸力的作用， 尤其是上表面的前段，而不是主要靠 下表面正压的作用。
本章主要内容
2.1 低速空气动力学 2.2 升力 2.3 阻力 2.4 增升装置的增升原理
第二章 第1 页
2.1 空气流动的描述
空气动力是空气相对于飞机运动时产生的，要学习 和研究飞机的升力和阻力，首先要研究空气流动的基 本规律。
第二章 第3 页
2.1.1 流体模型化
① 理想流体，不考虑流体粘性的影响。 ② 不可压流体，不考虑流体密度的变化，Ma<0.4。 ③ 绝热流体，不考虑流体温度的变化，Ma<0.4。
③ 与动压、静压相关的仪表
空速表
高度表
第二章 3第2 页
升降速度表
●空速表
第二章 3第3 页
●升降速度表
第二章 3第4 页
●高度表
第二章 3第5 页
本章主要内容
2.1 空气流动的描述 2.2 升力 2.3 阻力 2.4 飞机的低速空气动力特性 2.5 增升装置的增升原理
第一章 大气物理学
实际流体都是有粘性的，没有粘性的流体 称为理想流体。
1.1 大气的重要物理参数
温度升高， 气体粘度系 数增大。
温度升高， 液体粘度 系数减小。
气体
液体
粘度系数随温度变化情况
1.1 大气的重要物理参数
可压缩性
流体在压强或温度改变时，能改变其原来体积及密度 的特性。
1.4 气象对飞行活动的影响
阵风对飞机飞行的影响
大气层中空气短时间强烈对流产生的扰动称为阵风。 水平阵风和侧向阵风 垂直阵风
主要是改变迎角。
1.4 气象对飞行活动的影响
稳定风场对飞机飞行的影响
逆风起飞着陆 有侧风时起飞和着陆
●侧风中的着陆过程
● 航线法进近
● 带坡度接地
低空风切变对飞行的影响
对流层内不仅有空气的水平流动，还有垂直流 动，形成水平方向和垂直方向的突风。
对流层内的空气温度、密度和气压随着高度的 增加而下降。在11km以下，每上升1km，温度 下降6.5度。
大气的分层
Km Kft hPa
Kg/m3
kg/m
3
温度
电离层(暖层)
中间层 平流层(同温 层) 对流层
平流层(同温层)的特点
现代喷气式客机多在11~12km的平流层底层 （巡航）飞行。
大气的分层
Km Kft hPa
Kg/m3
kg/m
3
温度
电离层(暖层)
中间层 平流层(同温 层) 对流层
中间层、电离层的特点
中间层的特点
中间层从离地面50公里到80公里为止。 空气十分稀薄，温度随高度增加而下降。 空气在垂直方向有强烈的运动。
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1.1.3 大气压力
大气压力
大气层内空气的压强，即物体单位面 积上承受的空气的垂直作用力。
产生原因
上层空气的重力对下层空气造成了压 力 空气分子不规则的热运动
因为大气压力随高度和温度变化， 所以规定在海平面温度为15 ℃时 的大气压力为一个标准大气压
1.1.4 粘性
粘性
流体内两相邻流层的流速不同时，或流体与物体间发生相对 运动时，两个流层接触面上或流体和物体接触面上便产生相 互粘滞和相互牵扯的力，这种特性就是流体的粘性。
1.1.7 音速
音速
小扰动在介质中的传播速度。 不同介质下： 2 p
a1 T
1.2 大气层的构造
大气分为五 层
对流层 平流层 中间层 电离层（ 热层） 散逸层
1.3 国际标准大气（ISA）
1.3.1 国际标准大气的制定
大气的物理性质是变化的，使航空器上产生的空气动力也发 生变化，影响飞行性能； 为便于设计、试验和分析航空器性能，需要建立一个统一的 标准，即标准大气。 国际民航组织（ICAO）根据对北纬40 °～50°区域的地球大 气多年观测的结果，加以模型化，给出的一种假想的大气模 型。
525.95 462.49 405.39 354.16 308.31 267.40 231.02 198.76 170.26 145.50
0.7846
0.6920 0.6085 0.5334 0.4660 0.4057 0.3519 0.3040 0.2615 0.2240 0.1915
1.0066
当大气流过飞行器表面时，在一些部位气流速度增加 ，气流的压力会减小，密度也会随之下降
Ma<0.4 Ma>0.4
1.1.6 湿度
湿度
指大气的潮湿程度，通常用相 对湿度来表示。 相对温度是指大气中所含水蒸 气的量与同温度下大气能含有 的水蒸气最大量之比
水蒸气的密度约等于干空气的5/8 ，含有水蒸气的空气 比干空气密度小、重量轻 飞机在潮湿天气起飞时，需要的跑道长度要比在干燥 天气起飞时的跑道长。
2.00
-4.49 -10.98 -17.47 -23.96 -30.45 -36.93 -43.42 -49.90 -56.38 -56.50
79.501
70.121 61.660 54.048 47.217 41.105 35.651 30.800 26.499 22.699 19.399
596.30
氮气 78% 氧气 21% 其他 1% 压力、热能
大气分子的运动
物理参数
温度、压力、密度 粘性、压缩性、湿度、音速
1.1.1 大气密度
大气密度
单位体积内的空气质量
m V
1.1.2 大气温度
大气温度
大气层内空气的冷热程度 单位 摄氏温度℃、华氏温度℉、绝对温度°K 三种温度的换算关系
度 T(K) 294.65 291.40 288.15 281.65
温 度 t ( ℃) 21.50 18.25 15.00 8.50 p(kPa) 113.93 107.47 101.325 89.876
压
力 p(mmHg) 854.55 806.15 760.00 674.12 p/p0 1.1244 1.0607 1.0000 0.8870
垂直阵风的危害 1、颠簸。 2、受载过大：高速飞行（小迎角状态）遇到垂直向上突 风时应使飞机减速（加大迎角），避免产生过大的气动载 荷。 3、飞机失速：低速飞行（大迎角状态）遇到垂直向上突 风时应使飞机速度提高（减小迎角），避免飞机大迎角失 速。
侧向阵风
从飞机侧面吹来的阵风 破坏飞机侧向气动力平衡，造成飞机摇晃、摆头 危害不大
密
度
(kg/m3)
1.3470 1.2849 1.2250 1.1117
/0
1.0996 1.0489 1.0000 0.9075
2000
3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000
275.15
268.66 262.17 255.28 249.19 242.70 236.22 229.73 223.25 216.77 216.65
1.5.2温度和温差的影响
温差过大使水分在金属表面凝聚，溶解大气中的有害污染物 。温度升高会使腐蚀加快。
1.5.3污染物的影响
有害气体：硫化物、氯化物及氮化物等。最有害的气体是二 氧化硫和氯化氢。 三类粉尘颗粒： 本身具有腐蚀性。 吸收水分或腐蚀物。 落在金属上与金属表面之间形成缝隙产生氧浓差腐蚀 条件。
1.4 气象对飞行活动的影响
1.4.1 阵风对飞机飞行的影响
阵风 大气层中空气短时间强烈对流产生的扰动 阵风的影响 主要是垂直阵风，使飞机产生颠簸、较大的气动载荷和失 速。
水平阵风
迎头或从飞机后面吹来的与飞机飞行方向平行的阵风 只改变相对气流的速度对飞行所影响较小
垂直阵风
由下向上或由上向下 吹来的垂直飞行方向 的阵风 改变相对速度和迎角
国际标准大气包括以下内容：
1.完全气体状态方程：
p RT
压力不变：密度和温度成反比。 温度不变：密度和压力成正比。 密度不变：压力与温度成正比。 2.海平面处H=0。该处的物理参数： 3.根据海平面大气物理参数，计算出各个高度上标准大气的物 理参数。
高 H(m) -1000 -500 0 1000
气体的粘度系数随温度升高而增大；液体的粘度系数 随温度升高而减小。 影响空气粘性的两个重要因素是
速度梯度和温度
1.1.5 可压缩性
可压缩性
空气的可压缩性是指一定量的空气在压力或温度变化时，其 体积和密度发生变化的特性。 在相同的压力变化量的作用下，密度的变化量越大的物质， 可压缩性就越大。 液体的密度变化量极小，可以看作是不可压缩的。 空气由于分子之间距离较大、分子之间吸引力较小，它的 可压缩性表现得十分明显。
216.65
216.65 216.65
-56.50
-56.50 -56.50
16.579
14.170 12.111
124.35
106.28 90.85
0.1636
0.1400 0.1195
0.2666
0.2279 0.1948
0.2176
0.1860 0.1590
1.3.2 标准大气的应用
标准大气排除了地理坐标、季节和昼夜对大气特性的影响， 因而可用于比较飞机飞行性能的计算结果和试飞结果。把实 际飞行性能换算到标准大气状态，必须进行各种修正。 推算实际大气情况下的飞行性能，将基于温度偏差基准，对 飞行手册查出的性能数据进行换算。
0.9093 0.8194 0.7364 0.6601 0.5900 0.5258 0.4671 0.4135 0.3648 0.3119
0.8217
0.7423 0.6689 0.6012 0.5389 0.4817 0.4292 0.3813 0.3376 0.2978 0.2546
13000
14000 15000
空气动力学与飞行原理
第1章 大气物理学
知识要求
掌握大气物理学基本概念 熟记大气物理相关常用参数的定义、概念和单位 了解气象活动对飞行的影响、大气成分对机体腐蚀的影响
大气
包围地球并随地球一起运转的空气层
航空器的飞行与大气层密切相关
1.1 大气的重要物理参数
大气的成分
危害
1.4.2 稳定风场对飞机飞行的影响
主要影响飞机的起飞和着陆
1、逆风起飞和着陆，以减小起飞和着陆速度及滑跑距离。 2、侧风起飞后应进行航向修正。侧风着陆前应进行侧滑修正 （操纵副翼和方向舵）。 3、低空风切变（风向和风速在特定方向上发生变化）对正在 起飞和着陆过程的飞机的安全性具有严重影响。
1.4.3 云对飞行的影响
1、影响视线。 2、飞机穿过积雨云可能受到闪电、冰雹的袭击或遇到 强烈风切变。 3、飞机穿过零度以下低温云层时，在飞机表面可能结 冰。
1.5大气状况对机体腐蚀的影响
1.5.1 大气的湿度
临界湿度：在大气中使金 属的腐蚀速度急剧增大对 应的大气的相对湿度。不 同金属有不同的临界相对 湿度。 影响临界湿度的因素：机 体构件的材料性质；污染 物的性质和数量；金属表 面的粗糙、裂纹状态等。