《飞机空气动力学》PPT课件
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空气动力学基础ppt课件
30
2.1.7 连续性定理和伯努利定
理的应用
① 用文邱利管测流量
1 A1, v1 ,P1
2 A2, v2 ,P2
v1
v2
A2 A1
文邱利管测流量
v2 2 P1 P2 / 1 A22 / A12
1 2
v12
P1
1 2
v22
P2
31
无粘流动 沿物面法线方向速度一致
“附面层”
粘性流动 沿物面法线方向速度不一致
55
②附面层的特点
I. 附面层内沿物面法向方向压强不变且等于法线主 流压强。
P1
P2
只要测出附面层边界主流的静压，便可得到物面各点的静 压，它使理想流体的结论有了现实意义。
56
II. 附面层厚度随气流流经物面的距离增长而增厚。
B C’ C
A
75
●影响压差阻力的因素
总的来说，飞机压差阻力与迎风面积、形状和迎角有关。迎风面 积大，压差阻力大。迎角越大，压差阻力也越大。
压差阻力在飞机总阻力构成中所占比例较小。
76
③干扰阻力
飞机的各个部件，如机翼、机身、尾翼的单独阻力之和小于把 它们组合成一个整体所产生的阻力，这种由于各部件气流之间的 相互干扰而产生的额外阻力，称为干扰阻力。
质量守恒定律是连续性定理的基础。
22
●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， 2v2A2
则根据质量守恒定律可得：
单位时 间内流
1 v1 A1 2 v2 A2 即 v1 A1 v2 过A截2 面C常数
2.1.7 连续性定理和伯努利定
理的应用
① 用文邱利管测流量
1 A1, v1 ,P1
2 A2, v2 ,P2
v1
v2
A2 A1
文邱利管测流量
v2 2 P1 P2 / 1 A22 / A12
1 2
v12
P1
1 2
v22
P2
31
无粘流动 沿物面法线方向速度一致
“附面层”
粘性流动 沿物面法线方向速度不一致
55
②附面层的特点
I. 附面层内沿物面法向方向压强不变且等于法线主 流压强。
P1
P2
只要测出附面层边界主流的静压，便可得到物面各点的静 压，它使理想流体的结论有了现实意义。
56
II. 附面层厚度随气流流经物面的距离增长而增厚。
B C’ C
A
75
●影响压差阻力的因素
总的来说，飞机压差阻力与迎风面积、形状和迎角有关。迎风面 积大，压差阻力大。迎角越大，压差阻力也越大。
压差阻力在飞机总阻力构成中所占比例较小。
76
③干扰阻力
飞机的各个部件，如机翼、机身、尾翼的单独阻力之和小于把 它们组合成一个整体所产生的阻力，这种由于各部件气流之间的 相互干扰而产生的额外阻力，称为干扰阻力。
质量守恒定律是连续性定理的基础。
22
●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， 2v2A2
则根据质量守恒定律可得：
单位时 间内流
1 v1 A1 2 v2 A2 即 v1 A1 v2 过A截2 面C常数
北京航空航天大学飞行器空气动力学经典课件——绪论
第0章 绪 论
0.1 先驱飞行器的贡献 0.2 战斗机和攻击机的发展 0.3 轰炸机的发展 0.4 运输机的发展 0.5 直升机的发展 0.6 特种飞行器的发展 0.7 空气动力学的分类与研究方法
0.1 先驱飞行器的贡献
最初人类向往飞行是从模仿鸟类飞行开始的。但是由于 鸟类飞行机理的复杂性，至今未能对扑翼机模仿成功。
要提高飞机的速度，需提高动力（发动机）、 减少阻力（飞机气动布局），解决拉力和阻力的矛 盾，除增大发动机的马力外，还需改善飞机的气动 布局以减少阻力。由于双翼机阻力大（立柱），对 提高速度不利。于是从上世纪二十年代后期，双翼 机逐渐被单翼机取代。
活塞发动机：双翼机最大飞行速度接近300km/h ；单翼机飞行速度范围300－750km/h（最大记录 755.1km/h）。
主要讲授翼型、机翼在低、亚声速、跨声速和 超声速绕流时的空气动力特性的分析和计算方 法以及所需的基本理论。
介绍飞行器空气动力学中的最主要的理论，阐述 飞行器中各主要气动部件相关参数对飞行器气 动特性的影响，并对目前广泛使用的一些空气 动力数值解法作简单的介绍。
基本要求
1、必须按时听课，上课认真听讲 2、坚持考勤制度，有事必须请假 3、按时独立完成作业 4、必须按时参加实验课、完成实验报告
重于空气的航空器
旋翼航空器 直升机 旋翼机
扑翼机
航天器
人造地球卫星（运载火箭发射） 无人航天器 空间探测器
载人飞船 载人航天器 航天站
航天飞机
0.2 战斗机和攻击机的发展
战斗机和攻击机是最重要的军用飞机之一。其主要 任务是歼灭空中和地面的敌机，夺取制空权，也称为歼 击机。其特点是，飞行速度快，机动性好。
0.1 先驱飞行器的贡献
《空气动力学》课件
1
喷管内的空气动力学基础
2
探索喷管中的气流加速和压力变化，为喷
气发动机和火箭的设计提供基础。
3
燃烧室内的空气动力学基础
研究燃烧室内的空气流动特性和压力分布， 为燃烧过程的优化提供依据。
空气动力学基本方程
介绍流体力学和空气动力学的基本方程， 包括质量守恒、动量守恒和能量守恒等等。
空气动力学应用
飞机机翼的空气动力 学
《空气动力学》PPT课件
空气动力学是研究物体在气流中运动的科学。探索空气动力学的基本概念、 应用领域以及对飞机和汽车等工业的重要性。
概述
空气动力学概述
了解空气动力学的定义和基本原理，包括流体 力学和空气动力学的关系。
应用领域
探索空气动力学在航空、汽车、火箭和建筑设 计等领域中的应用。
空气动力学基础
2 空气动力学现象的研究方法
探索研究空气动力学现象的实验和数值模拟方法。
3 毒性风险的影响因素
讨论空气动力学现象对毒性风险的影响因素，包括气流速度、颗粒物浓度和颗粒物分布测量
介绍测量汽车表面压力分布的实验方法和仪器。
2
汽车空气阻力的计算
探索计算汽车空气阻力的数值模拟方法和常用公式。
分析机翼的气流分布和升力产 生，探索如何优化飞机的机翼 设计。
空气动力学在航空工 业中的应用
探索空气动力学在飞机设计和 性能提升中的重要性。
空气动力学在汽车工 业中的应用
研究汽车的空气阻力和流线型 设计对燃油效率和驾驶体验的 影响。
空气动力学现象
1 空气动力学现象的分类
介绍不同类型的空气动力学现象，如升力、阻力、卡门涡街等。
3
汽车空气动力学在车身设计中的应用
研究空气动力学在改善汽车操控性、燃油效率和安全性方面的应用。
《飞机空气动力学》PPT课件
l u
4 Y N cos N q b B 平板升力系数： Y 4 (C y ) qb B
EXIT
垂直于来流的升力为：
B
9.2
线化理论
弯度部分
作用于微元面积dS上的升力为： dYf (C p C p ) f q dS cosq l u
由于： dx dS cos q 所以： dYf (C p C p ) f q dx l u
EXIT
飞机空气动力学
第9章
超声速翼型的气动特性
9.1 9.2 9.3 9.4
引言; 线化理论 布泽曼理论; 激波-膨胀波法
· 重点：线化理论 · 难点：布泽曼理论
EXIT
9.2
线化理论
9.2.1 9.2.2 9.2.3
升 阻
力 力
俯仰力矩
EXIT
第9章 超声速翼型的气动特性
9.2 线化理论
为减小波阻，超音速翼型厚度都比较薄，弯度很小甚至为零
dy 4( ) f b 将弯度载荷代入后积分得：Y dx q dx 4q f 0 B B
EXIT
9.1
引言
超音速薄翼型的绕流特点和流动图画
在运动翼型的上下方某一处，各作一平行于运动方向的控制面， 研究受扰动的气流质点进出此控制面的情况。翼型前、后方受扰 气流质点在控制面处的运动情况分别如图所示：
EXIT
9.1
引言
超音速薄翼型的绕流特点和流动图画
由动量定律，向前流入控制面的气流将给翼型一推力分量。而向 后流入控制面的气流则将给翼型一阻力分量，从控制面垂直进出 的流动不会使翼型承受推力或阻力。这样，在无粘性流体中作亚 声速流动的翼型不承受阻力（推力与阻力相消），而超声速翼型 将承受阻力，这种与马赫波传播有关的阻力称为波阻。
4 Y N cos N q b B 平板升力系数： Y 4 (C y ) qb B
EXIT
垂直于来流的升力为：
B
9.2
线化理论
弯度部分
作用于微元面积dS上的升力为： dYf (C p C p ) f q dS cosq l u
由于： dx dS cos q 所以： dYf (C p C p ) f q dx l u
EXIT
飞机空气动力学
第9章
超声速翼型的气动特性
9.1 9.2 9.3 9.4
引言; 线化理论 布泽曼理论; 激波-膨胀波法
· 重点：线化理论 · 难点：布泽曼理论
EXIT
9.2
线化理论
9.2.1 9.2.2 9.2.3
升 阻
力 力
俯仰力矩
EXIT
第9章 超声速翼型的气动特性
9.2 线化理论
为减小波阻，超音速翼型厚度都比较薄，弯度很小甚至为零
dy 4( ) f b 将弯度载荷代入后积分得：Y dx q dx 4q f 0 B B
EXIT
9.1
引言
超音速薄翼型的绕流特点和流动图画
在运动翼型的上下方某一处，各作一平行于运动方向的控制面， 研究受扰动的气流质点进出此控制面的情况。翼型前、后方受扰 气流质点在控制面处的运动情况分别如图所示：
EXIT
9.1
引言
超音速薄翼型的绕流特点和流动图画
由动量定律，向前流入控制面的气流将给翼型一推力分量。而向 后流入控制面的气流则将给翼型一阻力分量，从控制面垂直进出 的流动不会使翼型承受推力或阻力。这样，在无粘性流体中作亚 声速流动的翼型不承受阻力（推力与阻力相消），而超声速翼型 将承受阻力，这种与马赫波传播有关的阻力称为波阻。
直升机空气动力学基础--课件
直升机空气动力学基础
—第八章 直升机空气动力学实验
旋臂式模型旋翼机动飞行试验机
国际首创，获国家技术发明三等奖
直升机涡环边界试验研究 直升机贴地飞行试验 直升机盘旋试验 直升机瞬态操纵响应试验 旋翼/机翼气动干扰试验 倾转机旋翼/机翼气动干扰试验 大机动旋翼非定常气动力试验 ……
旋翼动力学国防科技重点实验室
直升机空气动力学基础
—第八章 直升机空气动力学实验
倾转旋翼试验台
南航 “211”国家重点学科建设 “新概念 倾转旋翼飞行器综合试验系统”项目的重 要组成部分。建成了一套能够进行倾转旋 翼飞行器及未来新一代高速旋翼飞行器技 术研究的综合试验系统，拓展了实验室的 研究能力。2006年完成并通过了国家 “211”建设项目的验收。它的建成将为我 国研制倾转旋翼飞行器提供技术基础，并 为武器装备的发展提供技术支撑。
直升机空气动力学基础
—第八章 直升机空气动力学实验
1.5 Cu
P
1.0 0.5 0.0 -0.5 -1.0 -1.5 0
Experimental Value Calculation Value
3 Cu
P
2 1 0 -1
Experimental Value Calculation Value
=0.05,CT/=0.156, point# 1
863-705项目 国防基础科研课题 重点实验室基金课题
旋翼动力学国防科技重点实验室
直升机空气动力学基础
—第八章 直升机空气动力学实验
直升机飞行特性与动力学综合试验系统 可模拟模型旋翼的六自由度 运动，为研究直升机机动飞 行条件下的旋翼气动和动力 学特性创造了条件。该试验 系统的建成提升了我室在直 升机空气动力学、飞行力学 和动力学方面的综合科研能 力，也为发展和试验新一代 旋翼飞行器提供了先进的试 验手段。 旋翼动力学国防科技重点实验室
《空气动力学》课件
未来挑战与机遇
环境保护需求
新能源利用
随着环境保护意识的提高，对空气污 染和气候变化的研究需求增加，这为 空气动力学带来了新的挑战和机遇。
新能源的利用涉及到流动、传热和燃 烧等多个方面，需要空气动力学与其 他学科合作，共同解决相关问题。
航空航天发展
航空航天领域的发展对空气动力学提 出了更高的要求，需要不断改进和完 善现有技术，以满足更高性能和安全 性的需求。
04
翼型与机翼空气动力学
翼型空气动力学
翼型概述
翼型分类
翼型是机翼的基本截面形状，具有特定的 弯度和厚度。
根据弯度和厚度的不同，翼型可分为超临 界、亚音速和超音速翼型等。
翼型设计
翼型与升力
翼型设计需考虑气动性能、结构强度和稳 定性等多个因素。
翼型通过产生升力使飞机得以升空。
机翼空气动力学
01
机翼结构
课程目标
掌握空气动力学的基本概 念和原理。
提高分析和解决实际问题 的能力。
了解空气动力学在各领域 的应用和发展趋势。
培养学生对空气动力学的 兴趣和热爱。
02
空气动力学基础
流体特性
01
02
03
04
连续性
流体被视为连续介质，由无数 微小粒子组成，彼此之间存在
相对运动。
可压缩性
流体的密度会随着压力和温度 的变化而变化。
《空气动力学》PPT课件
目 录
• 引言 • 空气动力学基础 • 流体动力学 • 翼型与机翼空气动力学 • 空气动力学应用 • 未来发展与挑战
01
引言
主题介绍
空气动力学：一门研 究空气运动规律和空 气与物体相互作用的 科学。
课件内容涵盖了基础 理论、应用实例和实 验演示等方面。
《空气动力学与飞行原理》空气动力学 ppt课件
f
g对称翼型，常用于尾翼 h i超音速菱形翼型
j超音速双弧形翼型
ppt课件
17
2.机翼平面形状和参数
机翼平面形状
机翼平面形状是飞机处于 水平状态时，机翼在水平 面上的投影形状
（a）矩形；（b）梯形； （c）椭圆形；
（d）后掠翼； （e）（f）和（g）为三角
形和双三角形。
ppt课件
加大安装角叫“内洗” (Wash in) ，通过调整外撑轩的长 度减小安装角叫“ 外洗” (Wash out) 上反角ψ、下反角-ψ 机翼底面与垂直机体立轴平面之间的夹角
ppt课件
21
纵向上反角 机翼安装角与水平尾翼安装角缘下偏。
ppt课件
22
称为流管。流线间隔缩小，表明流管收缩；反之，表明流管 扩张。
ppt课件
7
体积流量
Q Av
质量流量
qm Av
ppt课件
8
2.2 流体流动的基本规律
2.2.1 连续方程
连续方程是质量守恒定律在流体定常流动中的应用。 连续方程：
1 A1v1 2 A2v2 3 A3v3 ...
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。
ppt课件
13
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
定常流
如果流体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，这种流动就称为定常流，这种流场被称 为定常流场。
空气动力学与飞行原理课件：机翼空气动力学
2mg v
S CL
它表明在相同翼型下，翼载荷越大，则定直平飞速度越快。从另一个方面来看
vmin
2mg
S CL max
即，最小平飞速度为机翼接近失速迎角飞行。在翼型失速迎角一定的情况下，翼载荷越 大，最小平飞速度也越大。
5
壹 翼面负载
下面是典型的无人机的翼面负载。
无人机机型 全球鹰 长空-1 捕食者 徘徊者
贰 目录
一、
翼面负载
二、
展弦比
三、
后掠角
四、
根梢比
7
贰 展弦比 展弦比λ定义为翼展L除以平均翼弦b(λ=L/b)。 展弦比对机翼升力的影响为：当机翼产生升力时，下表面压强向上，上表面压强向下，且下表面压强值 大于上表面。则在翼尖处，下表面的高压气流流向上表面，减小了翼尖附近的升力。同时，如上节所述，有 限展长机翼也是诱导阻力产生的重要来源。 因此，展弦比越大，则翼尖效应对机翼升力的影响越小。理想情况是和翼型升阻特性一样。对于低速和 亚声速无人机，机翼展弦比越大，则升力线斜率和升阻比都较大。 展弦比的另外一个特性是翼尖涡减小了翼尖处的有效迎角，增大了翼尖处的失速迎角。因此，在机翼展 向各翼型扭转角相同的情况下，翼根比翼尖较易失速，这也是要设计机翼扭转的作用。一般翼尖剖面翼型与 翼根剖面翼型的扭转角在±3度左右。另外，相同情况下，展弦比越大则机翼滚转方向转动惯量越大，滚转机 动性越差。
这对无人机结构设计产生一定影响。即后掠 翼无人机翼梢处气动力增大，需要适当加强梢部 结构强度。
后掠机翼升力分布
15
肆 目录
第一章
翼面负载
第二章
展弦比
第三章
后掠角
第四章
根梢比
16
肆 根梢比
飞机的飞行原理--空气动力学基本知识 ppt课件
PPT课件 21
4、电离层（暖层、热层）
电离层位于中间层之上，顶界离地面大约 800公里。 电离层的特点： 1）空气温度随着高度的增加而急剧增加， 气温可以增加到400 ℃以上（最高可达1000 ℃ 以上）。 2）空气具有很大的导电性，空气已经被 电离，主要是带负电的电离子。 3）空气可以吸收、反射或折射无线电波。 4）空气极为稀薄，占整个大气的1/亿. 这层空气主要有人造卫星、宇宙飞船飞行。
PPT课件 16
对流层的特点： 1）气流随高度升高而降低 在对流层中．由于空气受热的直接来源不是太阳，而 是地面，太阳放射出的能量，大部分被地面吸收，空气是 被太阳晒热的地面而烤热的，所以越靠近地面，空气温度 就越高。在中纬度地区，随着高度的增加，空气温度从15 ℃降低到11公里高时的－56.5 ℃。 2）风向、风速经常变化 由于太阳对地面的照射程度不一，加之地球表面地形、 地貌的不同，地面各地区空气气温和密度不相同，气压也 不相等，即使同一地区，气温、气压也常会发生变化，使 大气产生对流现象，形成风，且风向、风速也会经常变化。 3）空气上下对流激烈 地面各处的温度不同，受热多的空气膨胀而上升，受 热少的空气冷却而下降，就形成了空气的上下对流。
PPT课件 17
4）有云、雨、雾、雪等天气现象 地球表面的海洋、江河中的水由于太阳照射而不断蒸 发，使大气中常常聚集着各种形态的水蒸气，在空中形成 了“积雨云”，随着季节的变化，就会形成云、雨、雾、 雪、雹和打雷、闪电等天气现象。 5）空气的组成成分一定 对流层中几乎包含了全部大气质量的3/4，主要是由于 地球引力作用的结果。 由于对流层具有以上特点，会给飞机的飞行带来很大 影响。在高空飞行时，气温低，容易引起飞机结冰，温度 变化还会引起飞机各金属部件收缩，改变机件间隙，甚至 影响飞机正常工作。上下对流空气会使飞机颠簸，既不便 于操纵，又使飞机受力增大。
4、电离层（暖层、热层）
电离层位于中间层之上，顶界离地面大约 800公里。 电离层的特点： 1）空气温度随着高度的增加而急剧增加， 气温可以增加到400 ℃以上（最高可达1000 ℃ 以上）。 2）空气具有很大的导电性，空气已经被 电离，主要是带负电的电离子。 3）空气可以吸收、反射或折射无线电波。 4）空气极为稀薄，占整个大气的1/亿. 这层空气主要有人造卫星、宇宙飞船飞行。
PPT课件 16
对流层的特点： 1）气流随高度升高而降低 在对流层中．由于空气受热的直接来源不是太阳，而 是地面，太阳放射出的能量，大部分被地面吸收，空气是 被太阳晒热的地面而烤热的，所以越靠近地面，空气温度 就越高。在中纬度地区，随着高度的增加，空气温度从15 ℃降低到11公里高时的－56.5 ℃。 2）风向、风速经常变化 由于太阳对地面的照射程度不一，加之地球表面地形、 地貌的不同，地面各地区空气气温和密度不相同，气压也 不相等，即使同一地区，气温、气压也常会发生变化，使 大气产生对流现象，形成风，且风向、风速也会经常变化。 3）空气上下对流激烈 地面各处的温度不同，受热多的空气膨胀而上升，受 热少的空气冷却而下降，就形成了空气的上下对流。
PPT课件 17
4）有云、雨、雾、雪等天气现象 地球表面的海洋、江河中的水由于太阳照射而不断蒸 发，使大气中常常聚集着各种形态的水蒸气，在空中形成 了“积雨云”，随着季节的变化，就会形成云、雨、雾、 雪、雹和打雷、闪电等天气现象。 5）空气的组成成分一定 对流层中几乎包含了全部大气质量的3/4，主要是由于 地球引力作用的结果。 由于对流层具有以上特点，会给飞机的飞行带来很大 影响。在高空飞行时，气温低，容易引起飞机结冰，温度 变化还会引起飞机各金属部件收缩，改变机件间隙，甚至 影响飞机正常工作。上下对流空气会使飞机颠簸，既不便 于操纵，又使飞机受力增大。
直升机空气动力学基础--课件
同类事物、几何相似、运动相似、边界条件相似、对应点的 同名物理量同比例。
各相似准则数相等，分别代表满足某一相似条件，如试验模 型与事物的：
S数相等——运动相似，M数相等——空气压缩性作用相似， Re数相等——空气黏性力作用相似，Fr数相等——重力场中的作 用相似，Lo数相等——质量惯性力相似，Ca数相等——弹性力相 似，等等。
除非用实物做试验，模型试验中完全相似是不可能的。
只能按试验目的选定最关键的相似准则。
旋翼动力学国防科技重点实验室
直升机空气动力学基础
—第八章 直升机空气动力学实验
旋翼模型试验常用的相似准则
几何相似是前提：
桨毂型式及相对尺寸，如铰偏置量等
翼型及其沿径向配置
桨叶片数k、宽度
b(r ) / R ，扭度 D j ( r )，桨尖形状
旋翼动力学国防科技重点实验室
直升机空气动力学基础
—第八章 直升机空气动力学实验
倾转旋翼试验台
南航 “211”国家重点学科建设 “新概念 倾转旋翼飞行器综合试验系统”项目的重 要组成部分。建成了一套能够进行倾转旋 翼飞行器及未来新一代高速旋翼飞行器技 术研究的综合试验系统，拓展了实验室的 研究能力。2006年完成并通过了国家 “211”建设项目的验收。它的建成将为我 国研制倾转旋翼飞行器提供技术基础，并 为武器装备的发展提供技术支撑。
➢力、力矩、扭矩测量试验 如旋翼、尾桨、机身等
➢诱导速度测量试验 如旋翼、尾桨、机身附近诱导速度，桨尖涡等
➢表面压力测量试验 如机身表面、桨叶表面等
➢噪声测量试验 如旋翼噪声、尾桨噪声等 旋翼动力学国防科技重点实验室
直升机空气动力学基础
—第八章 直升机空气动力学实验
试验的相似性 试验与实际相似，试验结果才有用。条件：
各相似准则数相等，分别代表满足某一相似条件，如试验模 型与事物的：
S数相等——运动相似，M数相等——空气压缩性作用相似， Re数相等——空气黏性力作用相似，Fr数相等——重力场中的作 用相似，Lo数相等——质量惯性力相似，Ca数相等——弹性力相 似，等等。
除非用实物做试验，模型试验中完全相似是不可能的。
只能按试验目的选定最关键的相似准则。
旋翼动力学国防科技重点实验室
直升机空气动力学基础
—第八章 直升机空气动力学实验
旋翼模型试验常用的相似准则
几何相似是前提：
桨毂型式及相对尺寸，如铰偏置量等
翼型及其沿径向配置
桨叶片数k、宽度
b(r ) / R ，扭度 D j ( r )，桨尖形状
旋翼动力学国防科技重点实验室
直升机空气动力学基础
—第八章 直升机空气动力学实验
倾转旋翼试验台
南航 “211”国家重点学科建设 “新概念 倾转旋翼飞行器综合试验系统”项目的重 要组成部分。建成了一套能够进行倾转旋 翼飞行器及未来新一代高速旋翼飞行器技 术研究的综合试验系统，拓展了实验室的 研究能力。2006年完成并通过了国家 “211”建设项目的验收。它的建成将为我 国研制倾转旋翼飞行器提供技术基础，并 为武器装备的发展提供技术支撑。
➢力、力矩、扭矩测量试验 如旋翼、尾桨、机身等
➢诱导速度测量试验 如旋翼、尾桨、机身附近诱导速度，桨尖涡等
➢表面压力测量试验 如机身表面、桨叶表面等
➢噪声测量试验 如旋翼噪声、尾桨噪声等 旋翼动力学国防科技重点实验室
直升机空气动力学基础
—第八章 直升机空气动力学实验
试验的相似性 试验与实际相似，试验结果才有用。条件：
《飞行原理空气动力》课件
气动力学对先进科技的贡献
回顾气动力学在推动先进科技发展中的贡献。
让我们一起探索气动力学的更多奥秘！
鼓励听众深入学习气动力学，并探索其更多的应用和发展。
《飞行原理空气动力》 PPT课件
通过本课件，我们将带您深入了解飞行原理中的空气动力学，包括其定义、 基本概念、应用以及与先进科技的关系。
认识空气动力学
空气动力学定义
探索飞行中的空气力学现象和原理。
空气动力学发展历程
了解空气动力学在航空和航天领域的演变过程。
空气动力学研究的重要意义
探讨空气动力学在飞行器设计中的关键作用。
能优化中的应用。
3
气动力的计算方法
探讨气动力学计算方法和模拟技术。
气动力学设计
1 气动力学和设计的联 2 飞行器设计中的气动 3 气动力学设计的实例
系
力学问题
分析
解释气动力学在飞行器设 计中的关键作用。
探索飞行器设计过程中涉 及的气动力学挑战。
通过实例研究，深入理解 气动力学设计的关键概念 和技术。
空气动力学基本概念
空气动力学的基本概念
介绍空气动力学中的重要概念， 如空气动力学力、气流等。
气体的物理性质
了解气体在空气动力学中的行为 和特性。
流体的基本特性
探索流体在空气动力学中的运动 和变化。
空气动力学原理
1
空气动力学公式
学习空气动力学中的关键公式和计算方
空气动力学原理的应用
2
法。
了解空气动力学原理在飞行器设计和性
气动力学与先进科技
先பைடு நூலகம்科技的气动力学 应用
探索先进科技领域中气动力学 的创新应用。
气动力学在航空航天 中的应用
回顾气动力学在推动先进科技发展中的贡献。
让我们一起探索气动力学的更多奥秘！
鼓励听众深入学习气动力学，并探索其更多的应用和发展。
《飞行原理空气动力》 PPT课件
通过本课件，我们将带您深入了解飞行原理中的空气动力学，包括其定义、 基本概念、应用以及与先进科技的关系。
认识空气动力学
空气动力学定义
探索飞行中的空气力学现象和原理。
空气动力学发展历程
了解空气动力学在航空和航天领域的演变过程。
空气动力学研究的重要意义
探讨空气动力学在飞行器设计中的关键作用。
能优化中的应用。
3
气动力的计算方法
探讨气动力学计算方法和模拟技术。
气动力学设计
1 气动力学和设计的联 2 飞行器设计中的气动 3 气动力学设计的实例
系
力学问题
分析
解释气动力学在飞行器设 计中的关键作用。
探索飞行器设计过程中涉 及的气动力学挑战。
通过实例研究，深入理解 气动力学设计的关键概念 和技术。
空气动力学基本概念
空气动力学的基本概念
介绍空气动力学中的重要概念， 如空气动力学力、气流等。
气体的物理性质
了解气体在空气动力学中的行为 和特性。
流体的基本特性
探索流体在空气动力学中的运动 和变化。
空气动力学原理
1
空气动力学公式
学习空气动力学中的关键公式和计算方
空气动力学原理的应用
2
法。
了解空气动力学原理在飞行器设计和性
气动力学与先进科技
先பைடு நூலகம்科技的气动力学 应用
探索先进科技领域中气动力学 的创新应用。
气动力学在航空航天 中的应用
航空航天概论空气动力学 ppt课件
105
稳定性，翼尖失速，上反角
106
稳定性
107
跨声速流动(Transonic Flow) 音速-扰动传播的速度 温度越高音速越高。 高空温度低，容易超音速。
速度与音速之比，称为马赫数（Mach数，Ma）
108
109
110
Subsonic 亚音速 Transonic 跨音速 Supersonic 超音速 Hypersonic 高超音速
171
反作用控制（在没有空气时）
172
27
滑翔机的飞行
28
三.流体运动
空气的基本性质：粘性（虽然小但却重要） 可压缩性（在高速时体现)
29
流动-流线的概念
30
非定常流动：不同时刻的流线不一致
31
定常与非定常流动，定常流动流线与粒子 轨线一致
32
有旋和无旋流动
33
流管和近似一维流动
34
理想流-质量守恒和连续性方程
流管相当于一个变截面管道
航空航天概论
空气动力学部分
1
参考书： Introduction to the Aerodynamics of Flight, Theodore A.Talay, Langley Research Center. 模型飞机空气动力学，马丁.西蒙斯，航空 工业出版社。
2
精品资料
• 你怎么称呼老师？ • 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
George Cayley, airfoil design, 1804
George Cayley, Glider, 1804
7
一战、二战到现代
8
二.背景知识 大气层-飞机飞行的环境
9
大气层分层
稳定性，翼尖失速，上反角
106
稳定性
107
跨声速流动(Transonic Flow) 音速-扰动传播的速度 温度越高音速越高。 高空温度低，容易超音速。
速度与音速之比，称为马赫数（Mach数，Ma）
108
109
110
Subsonic 亚音速 Transonic 跨音速 Supersonic 超音速 Hypersonic 高超音速
171
反作用控制（在没有空气时）
172
27
滑翔机的飞行
28
三.流体运动
空气的基本性质：粘性（虽然小但却重要） 可压缩性（在高速时体现)
29
流动-流线的概念
30
非定常流动：不同时刻的流线不一致
31
定常与非定常流动，定常流动流线与粒子 轨线一致
32
有旋和无旋流动
33
流管和近似一维流动
34
理想流-质量守恒和连续性方程
流管相当于一个变截面管道
航空航天概论
空气动力学部分
1
参考书： Introduction to the Aerodynamics of Flight, Theodore A.Talay, Langley Research Center. 模型飞机空气动力学，马丁.西蒙斯，航空 工业出版社。
2
精品资料
• 你怎么称呼老师？ • 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
George Cayley, airfoil design, 1804
George Cayley, Glider, 1804
7
一战、二战到现代
8
二.背景知识 大气层-飞机飞行的环境
9
大气层分层
《飞行原理空气动力》PPT课件
航程
飞机在无风和不加油的条件下，连续飞行耗尽 可用燃油时飞行的水平距离
航时
飞机耗尽可用燃油时能持续飞行的时间。
28
起飞
起飞定义：从起飞线开始，经过滑跑-离地爬升到安全高度（飞机高于起飞表面10.7 米—CCAR-25）为止的全过程。
主要性能指标：地面滑跑距离、离地速度和 起飞距离。
影响起飞性能的主要因素：起飞重量、大气 条件（密度、风向等）、离地时的迎角、增 升装置的使用、发动机的推力及爬升阶段爬 升角的选择等。
18
3.4 巡航飞行
飞机巡航飞行应满足的平衡条件：升力等 于重力、推力等于阻力。
平飞所需速度：飞机在某高度上保持平飞 所需的升力（等于重量）对应的飞行速度。
平飞速度
1
平飞 （2W / CL S）2
19
影响平飞所需速度的因素： 飞机重量：重量愈大所需速度愈高。 升力系数：取决于飞机的迎角，迎角减小
如果着陆重量过大或机场温度较高或在海拔较高 的机场着陆，都会造成接地速度过大，使飞机接 地时受到较大的地面撞击力，损坏起落架和机体 受力结构；也会使着陆滑跑距离过长，导致飞机 冲出跑道的事故发生。
着陆时的重量不能超过规定的着陆重量。 在不超过临界迎角和护尾迎角的条件下，接地迎
角应取最大值，增升增阻的后缘襟翼在着陆时要 放下最大的角度，以最大限度的增加升力系数减 小接地速度
最大正过载表示飞机承受的气动升力指向 机体立轴的正向并达到最大；
最大最负过载表示飞机承受的气动升力指 向机体立轴的反向并达到最大；
最大速度表示此时飞机的载荷或升力不一 定最大，但机翼表面的局部气动载荷很大， 压力中心靠后，考验机翼结构局部强度的 严重受载情况。
27
巡航飞行
巡航速度
飞机在无风和不加油的条件下，连续飞行耗尽 可用燃油时飞行的水平距离
航时
飞机耗尽可用燃油时能持续飞行的时间。
28
起飞
起飞定义：从起飞线开始，经过滑跑-离地爬升到安全高度（飞机高于起飞表面10.7 米—CCAR-25）为止的全过程。
主要性能指标：地面滑跑距离、离地速度和 起飞距离。
影响起飞性能的主要因素：起飞重量、大气 条件（密度、风向等）、离地时的迎角、增 升装置的使用、发动机的推力及爬升阶段爬 升角的选择等。
18
3.4 巡航飞行
飞机巡航飞行应满足的平衡条件：升力等 于重力、推力等于阻力。
平飞所需速度：飞机在某高度上保持平飞 所需的升力（等于重量）对应的飞行速度。
平飞速度
1
平飞 （2W / CL S）2
19
影响平飞所需速度的因素： 飞机重量：重量愈大所需速度愈高。 升力系数：取决于飞机的迎角，迎角减小
如果着陆重量过大或机场温度较高或在海拔较高 的机场着陆，都会造成接地速度过大，使飞机接 地时受到较大的地面撞击力，损坏起落架和机体 受力结构；也会使着陆滑跑距离过长，导致飞机 冲出跑道的事故发生。
着陆时的重量不能超过规定的着陆重量。 在不超过临界迎角和护尾迎角的条件下，接地迎
角应取最大值，增升增阻的后缘襟翼在着陆时要 放下最大的角度，以最大限度的增加升力系数减 小接地速度
最大正过载表示飞机承受的气动升力指向 机体立轴的正向并达到最大；
最大最负过载表示飞机承受的气动升力指 向机体立轴的反向并达到最大；
最大速度表示此时飞机的载荷或升力不一 定最大，但机翼表面的局部气动载荷很大， 压力中心靠后，考验机翼结构局部强度的 严重受载情况。
27
巡航飞行
巡航速度
《飞行原理空气动力》课件
04
飞行器阻力来源与减小方法
飞行器阻力来源
01
压差阻力
由于飞行器表面压
力分布不均匀所产
02
生的阻力。
摩擦阻力
由于空气与飞行器 表面之间的摩擦力 所产生的阻力。
04
干扰阻力
由于飞行器各部件
03
之间的相互干扰所
产生的阻力。
诱导阻力
由于升力产生时所 伴随的阻力。
减小飞行器阻力的方法
优化飞行器外形设计
1 2
3
密度和压力
空气的密度和压力随高度和温度的变化而变化，对飞行器的 性能和稳定性产生影响。
粘性和摩擦力
空气的粘性对飞行器表面的气流产生摩擦力，影响飞行器的 升力和阻力。
压缩性和膨胀性
空气在压缩和膨胀时会产生温度变化，对飞行器的推进系统 和发动机性能产生影响。
流体静力学基础
流体静压力
流体静压力与重力方向相反，对飞行器产生下压力，保持飞行器的稳定。
横向稳定性
保持飞行器偏航平衡的能力，通过调 节方向舵来实现。
纵向稳定性
保持飞行器俯仰平衡的能力，通过调 节升降舵来实现。
方向稳定性
保持飞行器滚转平衡的能力，通过调 节副翼来实现。
飞行器控制原理
飞行器控制系统组成
执行机构
包括传感器、控制器和执行 机构等部分。
01
02
接收控制指令并驱动飞行器 的操纵面，以改变飞行器的
优化螺旋桨的设计和制造工艺、提高转速 、合理选择桨叶角度等都是提高螺旋桨效 率的有效途径。
火箭升力的产生
火箭推进原理
火箭升力的特点
火箭与飞机升力的比较
火箭升力的局限性
火箭通过燃烧燃料产生高速气 体，高速气体从尾部喷出产生 反作用力，推动火箭向前运动 。同时，喷出的气体也产生一 定的升力使火箭离地升空。
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7.1 热力学基础
4、热力学过程
（1）可逆与不可逆过程 在热力学中，如果将变化过程一步一步倒回去，物系的一切热
力学参数都回到初始状态，且外界状态也都复旧，这样的过程则 是可逆过程，否则是不可逆过程。（如高温向低温传热，机械功 通过摩擦生热都是不可逆过程）可逆过程也称为准静态过程，或 连续的平衡态过程。 （2）绝热过程
热力学第一定律
– 流动物系的能量守恒定律:(绝热过程:dq=0)
dq du pd ( 1 ) 1 dp VdV dq dh VdV
rr
与静止物系的能量方程相比，流动物系的能量方程多了两项， 其中一项是 表示流体微团在体积不变的情况下，由于压强 变化引起的功（流体质点克服压差所做的功）； 另一项是流体微团的宏观动能变化量。即：
7.1 热力学基础
等容过程、等压过程、等温过程、绝热过程 4）绝热过程在热力学变化过程中，与外界完全没有热量交换。 由能量方程得到：
在由理想气体的状态方程，有：
内能的变化为：
7.1 热力学基础
等容过程、等压过程、等温过程、绝热过程
比热容:物系的温度每升高1℃所需的热量. 气体在定容变化的过程中,体积不变,1/ρ=常数.
这是静止物系的热力学第一定律。其中，dV表示物系的体积 变量，p表示物系的压强。如果用物系的质量去除上式，就 变成单位质量的能量方程。
单位质量流体的能量方程：
其中，密度的倒数是单位质量的体积。表示外界传给单位质 量流体的热量dq等于单位质量流体内能的增量与压强所做的 单位质量流体的膨胀功。
7.1 热力学基础
飞机空气动力学
授课人:飞行器工程学院 史卫成
飞机空气动力学
第7章 高速可压流动基础
7.1 热力学基础
7.2 声速和马赫数
7.3 高速一维定常流 7.4 微弱扰动的传播区,马赫锥
7.5 膨胀波
7.6 激波7.7Fra bibliotek可压流边界层 7.8 激波与边界层的干扰
·重点：激波 ·难点：膨胀波
第7章 高速可压流动基础
7.1 热力学基础
7.1.2 热力学第一定律:内能和焓
1、状态方程与完全气体假设
热力学指出：任何气体的压强、密度、绝对温度不是独立的， 三者之间存在一定的关系。
函数称为状态方程。该方程的具体表达形式与介质种类、 温度、压强的不同有关。
一个物系的压强、密度、温度都是点的函数，彼此之间存在 一定的函数关系，但和变化过程无关，代表一个热力学状态。 p,T,r,u，h代表热力学状态参数，两个热力学参数可以确定 一个热力状态，如果取自变量为T,r，其它状态变量关系为:
1 热力学体系:用热力学去处理的客体是和周围环境的 其他物体划分开的一个任意形态的物理体系(物系).
这个体系的尺寸是宏观的.
2 物系与外界关系: ① 隔热体系:无物质交换,无能量交换; ② 封闭体系:无物质交换,有能量交换; ③ 开放体系:有物质交换,有能量交换.
高速流中遇到的情况，绝大多数属于隔绝体系和封闭体系。
由于 表示单位质量流体所具有的压能，故焓h表示单位质量 流体所具有的内能和压能之和。
焓的微分: dh du pd( 1 ) 1 dp
rr
表示气体焓的增量等于内能增量、气体膨胀功与压强差所做 的功之和。
7.1 热力学基础
7.1.2 热力学第一定律:内能和焓
3、热力学第一定律
热力学第一定律是能量守恒定律在热力学上的具体应用。其 物理意义是：外界传给一个封闭物质系统的热量等于该封闭 系统内能的增量与系统对外界所做机械功之和。对于一个微 小变化过程，有
高速飞行的特点
❖ 低速、亚音速和超音速流动的区别 ❖ 激波阻力（波阻） ❖ 声障（音障）
7.1 热力学基础知识
7.1.1 热力学的物系 7.1.2 热力学第一定律：内能和焓 7.1.3 热力学第二定律：熵 7.1.4 气体的状态方程，完全气体和真实气体
第7章 高速可压流动基础
7.1.1 热力学的物系
与外界完全没有热量交换，即dq=0，称为绝热过程。 （3）等容过程、等压过程、等温过程、绝热过程
在热力学中，内能u是状态的函数，而q不是状态函数。 因为其中的压力膨胀功不仅决定于过程的起点和终点，与变化过 程有关。
7.1 热力学基础
等容过程、等压过程、等温过程、绝热过程
1）等容过程
如果在变化过程中，单位质量气体的容积保持不变的过程称为 等容过程。此时气体的膨胀功为零。
定容过程的比定容热容cv:
cv
dq dT
du dT
, cv
(
u T
)
r
内能的改变量为:du=cvdT 气体作等压变化时,p=常数,dp=0:
dq dh
h
cv
dT
dT
, cv
( T
)r
焓的变化量:
dh cpdT
7.1 热力学基础
7.1.3 热力学第二定律，熵
通过引入熵状态参数，在不可逆过程中的变化来描述热力学 第二定律。熵是一个热能可利用部分的指标。其定义如下：
外界加入的热量全部用来增加介质的内能，即：
比热定义：单位质量介质温度每升高一度所需要的热量。 比热（比热容）数值的大小与具体热力学过程有关。
在等容过程中，比热称为等容比热， 用Cv表示。
7.1 热力学基础
等容过程、等压过程、等温过程、绝热过程
2）等压过程
如果在变化过程中，气体的压强保持不变的过程称为等压过程。 此时气体的膨胀功不等于零。外界加入的热量一部分用来增加介 质的内能，另一部分用于气体的膨胀功。 在等压过程中，单位质量介质的温度每升高一度，所需要的热量， 称为定压比热，用Cp表示：
定压比热与定容比热的比值，称为气体的比热比。即：
在空气动力学中，在温度小于300C，压强 不高的情况下，一般Cp，Cv，g等于常数。
对于水
7.1 热力学基础
等容过程、等压过程、等温过程、绝热过程
3）等温过程
在变化过程中，气体的温度保持不变的过程称为等温过程。 在等温过程中，内能不变，热量与膨胀功相等。 单位质量气体所做的功为
7.1 热力学基础
7.1.2 热力学第一定律:内能和焓
2、内能、焓
气体内能是指分子微观热运动（与温度有关）所包含的动能与 分子之间存在作用力而形成分子相互作用的内部位能之和。 对于完全气体而言，分子之间无作用力，单位质量气体的内 能u仅仅是温度的函数。 在热力学中，常常引入另外一个代表热含量的参数h（焓）：