第一章-1飞行动力学-空气动力学详解
飞行原理及空气动力学知识
飞行原理及空气动力学知识飞行原理及空气动力学知识飞机的空气动力性能是决定飞机飞行性能的一个重要因素。
飞行员既要熟悉飞机空气动力的产生和变化，同时也要清楚飞机空气动力性能的基本数据。
下面是店铺为大家带来的飞行原理及空气动力学知识，欢迎大家阅读浏览。
一. 滑行飞机不超过规定的速度，在地面所作的直线或曲线运动叫滑行。
对滑行的基本要求是：飞机平稳地开始滑行，滑行中保持好速度和方向，并使飞机能停止在预定的位置。
飞机从静止开始移动，拉力或推力必须大于最大静摩擦力，故飞机开始滑行时应适当加大油门。
飞机开始移动后，摩擦力减小，则应酌量减小油门，以防加速太快，保持起滑平稳。
滑行中，如果要增大滑行速度，应柔和加大油门，使拉力或推力大于摩擦力，产生加速度，使速度增大，要减小滑行速度，则应收小油门，必要时，可使用刹车。
二. 起飞飞机从开始滑跑到离开地面，并升到一定高度的运动过程，叫做起飞。
飞机起飞的操纵原理飞机从地面滑跑到离地升空，是由于升力不断增大，直到大于飞机重力的结果。
而只有当飞机速度增大到一定时，才可能产生足以支持飞机重力的升力。
可见飞机的起飞是一个速度不断增加的加速过程。
;剩余拉力较小的活塞式螺旋桨飞机的起飞过程，一般可分为起飞滑跑、离地、小角度上升(或一段平飞)、上升四个阶段。
对有足够剩余拉力的螺旋桨飞机，或有足够剩余推力的喷气式飞机，因可使飞机加速并上升，故起飞一般只分三个阶段，即起滑跑、离地和上升。
(一)起飞滑跑的目的是为了增大飞机的速度，直到获得离地速度。
拉力或推力愈大，剩余拉力或剩余推力也愈大，飞机增速就愈快。
起飞中，为尽快地增速，应把油门推到最大位置。
1.抬前轮或抬尾轮前三点飞机为什么要抬前轮?前三点飞机的停机角比较小，如果在整个起飞滑跑阶段都保持三点姿态滑跑，则迎角和升力系数较小，必然要将速度增大到很大才能产生足够的升力使飞机离地，这样，滑咆距离势必很长。
因此，为了减小离地速度，缩短滑跑距离，当速度增大到一定程度时就需要抬起前轮作两点姿态滑跑，以增大迎角和升力系数。
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。
空气动力学简介
第一章空气动力学简介第1节流体流动的基本概念和基本规律1.1 流体流动的基本概念1.1.1 相对运动原理作用在飞机上的空气动力取决于飞机和空气之间的相对运动情况，而与观察、研究时所选用的参考坐标无关。
也就是说，飞机以速度V在平静的空气中飞行时，作用在飞机上的空气动力与远方空气以速度V流过静止不动的飞机时所产生的空气动力完全相同。
这就是相对运动原理在空气动力学中的应用。
空气相对飞机的运动称为相对气流，相对气流的方向与飞机运动的方向相反，见图1-1。
只要相对气流速度相同，产生的空气动力也就相等。
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。
图1-1 飞机的运动方向与相对气流的方向1.1.2 连续性假设连续性假设是在进行空气动力学研究时，将大量的、单个分子组成的大气看成是连续的介质。
所谓连续介质就是组成介质的物质连成一片，内部没有任何空隙。
在其中任意取一个微团都可以看成是由无数分子组成，微团表现出来的特性体现了众多分子的共同特性。
对大气采用连续性假设的理由是与所研究的对象—飞机相比，空气分子的平均自由行程要比飞机的尺寸小得多。
空气流过飞机表面时，与飞机之间产生的相互作用不是单个分子所为，而是无数分子共同作用的结果。
1.1.3 流场、定常流和非定常流流体流动所占据的空间称为流场。
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。
反之，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。
1.1.4 流线、流线谱、流管和流量流线是在流场中用来描绘流体微团流动状态的曲线。
在流线每一点上，曲线的切线方向正是流体微团流过该点时流动速度的方向。
在流场中，用流线组成的描绘流体微团流动情况的图画称为流线谱。
图1-2就是描绘气流流过翼型的流线谱。
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
空运飞行员的飞行动力学和飞行力学
空运飞行员的飞行动力学和飞行力学在本文中，将详细探讨空运飞行员所需了解的两个重要概念——飞行动力学和飞行力学。
通过对这些概念的深入解析，我们可以更好地理解飞行员在飞行过程中所面临的挑战和应对策略。
一、飞行动力学飞行动力学是研究飞行器受力和运动规律的科学。
它包含了空气动力学和飞行器的运动学两个方面。
首先，我们来了解一下空气动力学。
1. 空气动力学空气动力学研究空气对物体的作用力和物体运动的影响。
在空中，飞行器必须克服空气的阻力和重力，同时利用气流来产生升力和推力。
了解空气动力学可以帮助飞行员更好地把握飞行器与空气之间的相互作用。
2. 运动学运动学研究物体运动的规律和变化情况，包括速度、加速度、位移等。
对于飞行员而言，了解飞行器的运动学特性可以帮助他们更好地掌握飞行过程中的转弯、爬升和下降等操作，确保安全和效率。
二、飞行力学飞行力学是研究飞行器在运动过程中力的平衡、力的作用点和力矩的变化规律的科学。
它包括静力学和动力学两个部分。
接下来，我们来详细了解一下这两个方面。
1. 静力学静力学研究物体在静止或匀速直线运动中受力的平衡情况。
对于飞行员来说，了解飞行器的静力学平衡可以帮助他们准确评估各个部件的稳定性，确保在飞行过程中的平衡和安全。
2. 动力学动力学研究物体在变速直线运动、曲线运动和旋转运动中的力学规律。
飞行员需要了解飞行器在不同运动状态下的动力学特性，以便做出准确的操作和调整，控制飞行器的运动路径和飞行姿态，确保航行的平稳和可靠。
综上所述，空运飞行员需要对飞行动力学和飞行力学有深入的理解。
飞行动力学帮助飞行员了解飞行器与空气之间的相互作用，包括空气动力学和运动学。
而飞行力学则涉及到飞行器在运动过程中的力学平衡、力矩和力的作用点的变化规律，包括静力学和动力学。
通过掌握这些概念和原理，飞行员可以更加安全地操控飞行器，确保飞行的顺利和成功。
空气动力学课件-第1章 翼型资料
x p
x p
式中，p为弧线最高点的弦向位置。中弧线最高点的高度 f（即弯度）和该点的弦向位置都是人为规定的。给f和p 及厚度c以一系列的值便得翼型族。
§1.1 翼型的几何参数及其发展
其中第一位数代表f，是弦长的百分数；第二位数代表p，是弦长的十 分数；最后两位数代表厚度，是弦长的百分数。例如NACA 0012是一 个无弯度、厚12%的对称翼型。有现成实验数据的NACA四位数翼族 的翼型有6%、8%、9%、10%、12%、15%、18%、21%、24%
CL (C pl C pu ) cosdx
0
1
C pu
Pu P Pl P , C pl 1 1 2 V V 2 2 2
§ 1.3 低速翼型的低速气动特性概述
§ 1.3 低速翼型的低速气动特性概述
§ 1.3 低速翼型的低速气动特性概述
（1）在升力系数随迎角的变化曲线中，CL在一定迎角范围 内是直线，这条直线的斜率记为
随时间的发展翼面上边界层形成下翼面气流绕过后缘时将形成很大的速度压力很低从后缘点到后驻点存在大的逆压梯度造成边界层分离从而产生一个逆时针的环量称为起动1414儒可夫斯基后缘条件及环量的确定儒可夫斯基后缘条件及环量的确定3起动涡离开翼缘随气流流向下游封闭流体线也随气流运动但始终包围翼型和起动涡根据涡量保持定律必然绕翼型存在一个反时针的速度环量使得绕封闭流体线的总环量为零
在飞机的各种飞行状态下，机翼是飞机承受升力的主要 部件，而立尾和平尾是飞机保持安定性和操纵性的气动 部件。一般飞机都有对称面，如果平行于对称面在机翼 展向任意位置切一刀，切下来的机翼剖面称作为翼剖面 或翼型。翼型是机翼和尾翼成形重要组成部分，其直接 影响到飞机的气动性能和飞行品质。
飞机的飞行原理--空气动力学基本知识 ppt课件
PPT课件
25
国际标准大气的主要规定
1、以海平面的高度为零，在海平面上（H＝0）空气 的标准状态是： 气压 Po＝10.13牛顿/厘米2 气温to＝15℃（59 ℉ 、288 º K）
பைடு நூலகம்
密度ρo ＝1．225千克／米3 音速 ao = 341米/秒（1227公里/小时） 2、在11公里以下，高度每升高1000米，空气温度降低 6．5 ℃，从11公里起到25公里高，气温保持在一56．5℃； 高度每升高250米，音速降低1米/秒。 3、气压、空气密度、气温和音速随高度的变化如上图 所示。
PPT课件 11
2、空气的压缩性
一定质量的空气，当压力或温度改变时， 引起空气密度变化的性质，叫做空气的压缩性。 影响空气压缩性的主要因素： 1）气流的流动速度（v）。气流的流动速 度越大，空气密度的变化显著增大（或密度减 小的越多），空气易压缩（或空气的压缩性增 大）。 2） 空气的温度（t）。空气的温度越高， 空气的密度变化越小（或密度减小的越少） ， 空气不易压缩（或空气的压缩性减小）。
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3、中间层
中间层是在平流层之上，其顶端离地面的高度 大约为80～100公里。 中间层的特点： 1）随着高度的增加，空气的温度先升后降 中间层的气温，当高度增加到45公里时，由35 公里时的－56.5℃增加到40℃左右，再随着高度的 增加，到80公里时，温度降低到－65.5℃以下。 2）有大量臭氧存在。 3）有水平方向的风，且风速相当大。 4）空气质量很少，只占整个大气的三千分之一。 这层空气不利于飞机飞行，只有探空气球飞行。
9ppt课件二空气的物理性质?1空气的粘性10ppt课件?空气粘性的物理实质是空气分子作无规则运动的结果当相邻两层空气具有不同流速时流得快的那层空气分子的动量大它作无规则运动而进入小速度层通过分子间的掺和碰撞会增加该层分子的能量从而牵动该层空气加速
飞行器动力学与空气动力学
飞行器动力学与空气动力学飞行器动力学和空气动力学是航空航天领域中非常重要的两个学科，它们研究的是飞行器在运动中所受到的力和力的作用。
飞行器动力学主要研究飞行器如何在空中移动，而空气动力学则是研究飞行器与空气之间的相互作用。
一、飞行器动力学飞行器动力学主要研究的是飞行器的运动特性和控制方法。
飞行器在空中运动时，所受到的力主要包括重力、升力、推力和阻力。
1. 重力重力是地球对飞行器的吸引力，它的作用是使飞行器向地面运动。
飞行器在受到重力的作用下会垂直下降，所以需要通过其他力来抵消重力的作用。
2. 升力升力是垂直于飞行器机翼的力，它的作用是使飞行器能够在空中保持飞行状态。
升力的产生主要依靠机翼的气动特性，当飞行器在空中飞行时，机翼会受到空气的压力，进而产生升力。
3. 推力推力是飞行器前进或改变速度的力，它的产生主要依靠发动机。
飞行器通过发动机喷出高速气流，产生反作用力，从而推动飞行器向前运动。
推力的大小取决于发动机的喷气速度和流量。
4. 阻力阻力是飞行器在运动中所受到的阻碍力，它的作用是使飞行器在空中运动时受到阻碍。
阻力的大小主要取决于飞行器的速度和空气的粘性，对于气动外形较大的飞行器来说，阻力会更大。
在飞行器动力学中，需要对飞行器进行建模和仿真，以便预测飞行器在不同条件下的运动特性。
此外，还需进行飞行器的控制设计，以确保飞行器能够按需运动。
二、空气动力学空气动力学是研究飞行器与空气之间的相互作用的科学，它包括气动力学和气动设计两个方面。
1. 气动力学气动力学研究的是飞行器在空气中运动时所受到的力和力矩。
其中，主要涉及到的力有升力、阻力、侧向力等，力矩则包括滚转力矩、俯仰力矩和偏航力矩等。
通过对飞行器的气动力学性能进行研究，可以预测飞行器在不同姿态下的受力情况。
2. 气动设计气动设计是指根据飞行器在空中的运动要求，进行飞行器外形的设计。
在设计过程中，需要考虑飞行器的气动特性、气动性能和减阻措施等。
通过合理的气动设计，可以使飞行器在空气中运动时具有良好的气动性能和操纵特性。
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
Aerodynamics_of_Flight-1_教材[1]
![Aerodynamics_of_Flight-1_教材[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/5732f32f10661ed9ad51f333.png)
第2页
飞行空气动力学 Aerodynamics of Flight 作用在飞机上的力 Forces Acting on the Aircraft
• 推力 Thrust • 阻力 Drag • 重力 Weight • 升力 Lift
第3页
飞行空气动力学 Aerodynamics of Flight
第5页
飞行空气动力学 Aerodynamics of Flight
作用在飞机上的力 Forces Acting on the Aircraft
• 作用于不加速、直线平飞的飞机上的四个力为推力、阻 力、升力和重力。 • The four forces acting on an aircraft in straight-and-level, unaccelerated flight are thrust, drag, lift, and weighmics of Flight
作用在飞机上的力 Forces Acting on the Aircraft
• 升力——抵抗向下的重力，由作用于机翼上的空气的动 力效应产生，作用方向垂直于飞行轨迹，且通过升力中 心。
• Lift - opposes the downward force of weight, is produced by the dynamic effect of the air acting on the airfoil, and acts perpendicular to the flightpath through the center of lift.
作用在飞机上的力 Forces Acting on the Aircraft
• 飞行中的所有飞机都会受到推力、阻力、升力和重力。 理解这些力如何起作用、了解如何使用动力和飞行操纵 来控制它们对飞行很重要。
航模基础知识空气动力学-图文
航模基础知识空气动力学-图文一章基础物理本章介绍一些基本物理观念，在此只能点到为止，如果你在学校已上过了或没兴趣学，请跳过这一章直接往下看。
第一节速度与加速度速度即物体移动的快慢及方向，我们常用的单位是每秒多少公尺﹝公尺/秒﹞加速度即速度的改变率，我们常用的单位是﹝公尺/秒/秒﹞，如果加速度是负数，则代表减速。
第二节牛顿三大运动定律第一定律：除非受到外来的作用力，否则物体的速度(v)会保持不变。
没有受力即所有外力合力为零，当飞机在天上保持等速直线飞行时，这时飞机所受的合力为零，与一般人想象不同的是，当飞机降落保持相同下沉率下降，这时升力与重力的合力仍是零，升力并未减少，否则飞机会越掉越快。
第二定律：某质量为m的物体的动量(p=mv)变化率是正比于外加力F并且发生在力的方向上。
此即著名的F=ma公式，当物体受一个外力后，即在外力的方向产生一个加速度，飞机起飞滑行时引擎推力大于阻力，于是产生向前的加速度，速度越来越快阻力也越来越大，迟早引擎推力会等于阻力，于是加速度为零，速度不再增加，当然飞机此时早已飞在天空了。
第三定律：作用力与反作用力是数值相等且方向相反。
你踢门一脚，你的脚也会痛，因为门也对你施了一个相同大小的力第三节力的平衡作用于飞机的力要刚好平衡，如果不平衡就是合力不为零，依牛顿第二定律就会产生加速度，为了分析方便我们把力分为某、Y、Z三个轴力的平衡及绕某、Y、Z三个轴弯矩的平衡。
轴力不平衡则会在合力的方向产生加速度，飞行中的飞机受的力可分为升力、重力、阻力、推力﹝如图1-1﹞，升力由机翼提供，推力由引擎提供，重力由地心引力产生，阻力由空气产生，我们可以把力分解为两个方向的力，称某及y方向﹝当然还有一个z方向，但对飞机不是很重要，除非是在转弯中﹞，飞机等速直线飞行时某方向阻力与推力大小相同方向相反，故某方向合力为零，飞机速度不变，y方向升力与重力大小相同方向相反，故y方向合力亦为零，飞机不升降，所以会保持等速直线飞弯矩不平衡则会产生旋转加速度，在飞机来说，某轴弯矩不平衡飞机会滚转，Y轴弯矩不平衡飞机会偏航、Z轴弯矩不平衡飞机会俯第四节伯努利定律伯努利定律是空气动力最重要的公式，简单的说流体的速度越大，静压力越小，速度越小，静压力越大，这里说的流体一般是指空气或水，在这里当然是指空气，设法使机翼上部空气流速较快，静压力则较小，机翼下部空气流速较慢，静压力较大，两边互相较力，于是机翼就被往上推去，然后飞机就飞起来，以前的理论认为两个相邻的空气质点同时由机翼的前端往后走，一个流经机翼的上缘，另一个流经机翼的下缘，两个质点应在机翼的后端相会合，经过仔细的计算后发觉如依上述理论，上缘的流速不够大，机翼应该无法产生那么大的升力，现在经风洞实验已证实，两个相邻空气的质点流经机翼上缘的质点会比流经机翼的下缘质点先到达后缘空还真听话，只把飞机往上吸，为什么不会把机翼往后吸，把你吸的动都不能动，还有另一个常听到的错误理论有时叫做某某某理论，这理论认为空气的质点如同子弹一般打在机翼下缘，将动量传给机翼，这动量分成一个往上的分量于是产生升力，另一个分量往后于是产生阻力﹝如图1-7﹞，可是克拉克Y翼及内凹翼在攻角零度时也有升力，而照这某某某理论该二种翼型没有攻角时只有上面”挨子弹”，应该产生向下的力才对啊，所以机翼不是风筝当然上缘也没有所谓真空。
《飞行原理空气动力》课件
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。
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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
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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
空气动力学与飞行原理课件：无人机空气动力学概述 、翼型空气动力学
空气动力学与飞行原理
翼型空气动力学
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壹 目录页 一、 二、 三、 四、
翼型几何特性 伯努利定理 升力 阻力
五、 六、 七、
升阻比
空气动力特性影响因素
翼型选择
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壹 翼型几何特性
在固定翼无人机的各种飞行状态下，机翼是 无人机产生升力的主要部件。如果平行于机身对 称面在机翼展向任意位置切一刀，切下来的机翼 剖面称作为翼剖面或翼型。如图，翼型设计是无 人机设计中必不可少的一环，它直接影响到固定 翼无人机的空气动力学特性和飞行性能。
（四）S翼型 中弧线是一个平躺的S型，这类翼型
因迎改变时，压力中心变动较小，升力 较大，常用于飞翼布局无人机。
（五）内凹翼 下弧线在翼弦线上，中弧线高，升
力系数大，常见于早期飞机及牵引滑翔 机。
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壹 翼型几何特性
（六）其它特种翼型 例如：直升机OA系列翼型等。 20世纪初设计了很多低速飞机的翼型，如德 国人奥托·利林塔尔设计并测试了RAF-6，还有 Gottingen 398，Clark Y，NACA翼型系列等， 如图2.5所示。目前这些翼型在低速无人机和航空 模型中得到了广泛的应用。尤其是Clark Y系列翼 型，因其良好的加工性能，在微型和轻型无人机 中得到了广泛应用。
空气动力学与飞行原理
无人机空气动力学概述
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壹 无人机空气动力学概述
无人机之所以能在大气中做持续的飞行，主要靠空气给它的反作用力（即升力）。空气动力学 最重要的是知道无人机上所受到的分布压力、升力、阻力和力矩，以及无人机参数对这些空气动力的 影响规律。
无人机主要在对流层和平流层飞行，此时无人机尺寸远大于气体分子的自由行程，因此，无人 机所处的介质是连续空气。对于无人机空气动力学，最重要的两个无量纲量是马赫数和雷诺数，它体 现了空气的压缩性和粘性特性。
空气动力学教材-飞行器设计与工程专业
3. 理想（静止）流体中一点处的应力—— Pascal’s law
理想（静止）流体中没有切应力 ，只0承受压力
拉力 表面力只有法向压应力p
pn pn
p pn n
pn
n
p pnn
0
，p不能pn承n 受
n
pnn
pn
1.5 标准大气
1. 大气的分层：低层大气和高层大气 低层大气：对流层 平流层 中间大气层 高层大气：高温层 上层大气
air 15.0 10－6 (m 2 s)
（常温常压下）
1.2.2 粘性(viscosity) 2. 理想流体与粘性流体
理想流体： 的 0流体（无粘性流体）
du
dy
K
du dy
m
粘性流体： 的流体（真实流体） 3. 牛顿流体和非牛顿流 体0
牛顿流体:
根据流体运动的速度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。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。
涡线 任一时刻，涡线上每一点的切向量都与该点的涡向量
相切。涡线微分方程
Ω dr 0
ω
dx
dy
dz
x (x, y, z,t) y (x, y, z,t) z (x, y, z,t)
dr
积分时时间变量t 作常数处理。
涡管某一时刻，由涡线组成的管状曲面。截面积无限小
的涡管称为涡束（涡线）。
p TR
飞行器动力学与空气动力学
飞行器动力学与空气动力学飞行器动力学与空气动力学是研究飞行器在空气中运动和飞行的学科。
在这个领域中，我们探索和了解了飞机、直升机和其他飞行器的动力学特性，以及它们与空气之间的相互作用。
一、飞行器动力学飞行器动力学是研究飞行器运动的学科，涉及到飞行器在空中的各种运动和力的相互作用。
它主要涉及力的平衡和非平衡情况下的飞行器运动，包括纵向运动（俯仰运动）、横向运动（滚转运动）和垂直运动（偏航运动）等。
纵向运动是指飞行器在空中俯仰或上升的运动。
这种运动是由飞行器的重量、升力、推力和阻力等力的相互作用所决定的。
通过改变升力和推力的大小，飞行器可以改变俯仰角度和高度。
横向运动是指飞行器在空中滚转或转弯的运动。
这种运动是由飞行器的重力、升力、侧向力和侧推力等力的相互作用所决定的。
通过改变侧向力和侧推力的大小，飞行器可以改变滚转角度和转弯半径。
垂直运动是指飞行器在空中偏航或旋转的运动。
这种运动是由飞行器的重力、升力和偏航力等力的相互作用所决定的。
通过改变偏航力的方向和大小，飞行器可以改变偏航角度和旋转速度。
飞行器动力学的研究对于飞机和直升机等飞行器的设计和控制至关重要。
它帮助我们了解飞行器在不同飞行状态下的运动特性，使我们能够更好地设计飞行器的结构和控制系统，以保证其安全性和有效性。
二、空气动力学空气动力学是研究流体（主要是空气）中物体运动的学科，涉及到空气对物体产生的各种力和物体对空气产生的影响。
在飞行器领域中，空气动力学主要研究空气对飞行器产生的升力和阻力。
升力是指空气对飞行器的上升力，使飞行器能够在空中飞行。
升力的大小取决于飞行器的形状、翼展和前缘等因素，以及空气的密度和飞行速度等因素。
升力是飞行器能够克服重力并保持飞行的关键力之一。
阻力是指空气对飞行器的阻碍力，使飞行器在空中飞行时需要消耗额外的能量。
阻力的大小取决于飞行器的形状、表面特性和飞行速度等因素。
减小阻力是提高飞行器效率和性能的关键。
空气动力学的研究对于飞行器的设计和性能优化至关重要。
飞行动力学基础
飞行动力学基础飞行动力学是研究飞机在空气中运动和飞行的科学。
它涉及到空气动力学、力学和控制论等多个学科。
飞行动力学的基础理论对于飞机的设计、操纵和控制具有重要的指导意义。
本文将从空气动力学、力学和控制论三个方面介绍飞行动力学的基础知识。
一、空气动力学空气动力学是研究空气对物体的作用和物体在空气中运动的科学。
在飞行动力学中，空气动力学是基础和核心。
空气动力学的主要内容包括气动力和气动力学性能。
气动力是指空气对物体的作用力，它包括升力、阻力和侧向力等。
气动力学性能是指飞机在空气中的运动特性，包括飞机的升力系数、阻力系数和侧向力系数等。
在飞行动力学中，升力和阻力是两个最重要的气动力。
升力是使飞机能够克服重力并保持在空中飞行的力，它的大小取决于飞机的形状、翼型和攻角等因素。
阻力是飞机在空气中运动时所受到的阻碍力，它的大小与飞机的速度、底面积和阻力系数等因素有关。
在设计飞机时，需要通过改变翼型和机翼形状等措施来调整升力和阻力的大小，以实现飞机的性能要求。
二、力学力学是研究物体运动和受力的学科。
在飞行动力学中，力学是研究飞机在空中的运动和受力的基础。
力学的基本原理包括牛顿定律、动量定律和能量守恒定律等。
牛顿定律是力学的基础，它描述了物体受力和运动的关系。
动量定律是描述物体运动变化的原理，它与飞机的加速度和力的关系密切。
能量守恒定律是描述物体能量变化的原理，它与飞机的能量转化和守恒有关。
在飞行动力学中，力学的应用主要体现在飞机的姿态和运动控制上。
飞机的姿态是指飞机相对于空气的方向和角度，它的控制是通过对飞机的控制面和发动机进行操作来实现的。
飞机的运动控制包括纵向和横向运动控制。
纵向运动控制是指飞机的上升和下降运动，它的控制是通过调整飞机的升降舵和发动机推力来实现的。
横向运动控制是指飞机的左右滚转运动，它的控制是通过调整飞机的副翼和方向舵来实现的。
三、控制论控制论是研究系统控制和稳定性的学科。
在飞行动力学中，控制论是研究飞机的稳定性和操纵性的基础。
《飞行原理空气动力》PPT课件
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。
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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。
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巡航飞行
巡航速度
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2015，3第一章飞行动力学空气动力学与飞行力学初步知识北京航空航天大学自动化学院引言⏹飞行控制系统飞行器++控制系统 闭合回路系统飞行器⏹飞行器空气中的运动体，一个复杂的被控对象，要想控制它，需要了解气流特性与飞行器在气流中飞行时的特性⏹飞行力学：研究飞行器在大气中飞行时的受力与运动规律，建立飞行器动力学方程(需要空气动力学的基础知识)⏹空气动力学特性，飞行器设计的理论基础研究空气的流体研究空气的流体特性，飞行器设计的理论基础本节课内容⏹第一节空气动力学的基本知识⏹第二节飞行器运动参数与操纵机构⏹第三节空气动力与气动系数⏹参考文献：飞行控制系统，张明廉著（电子扫描版）第一节空气动力学的基本知识一、流场⏹流场的流场的定义定义可流动的介质（水，油，气等）称为流体，流体所占据的空间称为流场。
⏹流场的描述流体流动的流体流动的速度速度、、加速度加速度以及流体状态参数（以及流体状态参数（密度密度p p 、压强p 、温度、温度T T 等）—几何位置与时间的连续函数所研究的气流速度、加速度、密度、压强、温度等物理量，是统计意义上的气体分子群参数，而不是单个分子行为的描述。
流体微团流体微团::描述流场中某点的流速和状态参数时描述流场中某点的流速和状态参数时,,是指以该点为中心的一个很小邻域中的分子群。
空气分子间的自由行程与飞行器相比较太小，可忽略一、流场（续）（1）流线：流体微团流动形成的轨线特性：流线不相交、流体微团不穿越流线（2）流管：多条流线围多条流线围成管状，成管状，管内流体不会流出，管外流体也不会流入（3）定常流（定型流场）：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，与时间无关空气动力学中的大部分问题是定常流问题（简化）（4）流动的相对性物体静止，空气流动物体运动，空气静止相对速度相同时，流场中空气动力相同在流管上取垂直于流管中心线上流速方向的两个截面，截面I截面空气流动是连续的，处处没有空隙三、伯努利方程在定型流场中取一流管，任意截取相邻dS相邻pA压力：压力：pA三、伯努利方程（续）根据牛顿第二定律三、伯努利方程（续）马赫数(⏹马赫数五、弱扰动的传播⏹飞机在大气中飞行—扰动源⏹扰动源以速度扰动源以速度V V 在静止空气中运动，相当于扰动源静止而空气以速度气以速度V V 流动1）扰动源扰动源V=0V=0，扰动以音速传播（图，扰动以音速传播（图a a ）球面波，向四周传播2）V<V<a,M a,M<1<1,前方空气受扰，球面波球面波，，向后方传播扰动源前方仍有少量传播变化不大（图变化不大（图b b ）3）扰动源与扰动波同时到达，1临界马赫数临界马赫数M M⏹临界临界马赫数马赫数Mcr Mcr翼面上最大速度处的流速=当地音速a时，远前方远前方的迎面气流速度的迎面气流速度V V ∝与远前方空气的音速前方空气的音速a a∝之比Mcr Mcr--每种机翼的特征参数⏹迎面气流的迎面气流的M M 数超过数超过Mcr Mcr时，翼面上出现局部的超音速区，时，翼面上出现局部的超音速区，将产生局部激波，⏹飞行速度定义⏹M<0.5M<0.5时为低速飞行；时为低速飞行；⏹0.5<M<0.5<M<Mcr Mcr为亚音速为亚音速飞行飞行;;⏹Mcr Mcr<M<1.5<M<1.5为跨音速飞行为跨音速飞行; ; ⏹1.5<M<51.5<M<5，为，为超音速飞行，超音速飞行，⏹M>5M>5为高超音速飞行为高超音速飞行六、激波⏹气流以超音速流经物体时，流场中的受扰区情况与物体的形状有关，超音速—强扰动，产生强扰动，产生激波激波⏹激波实际上就是气流各参数的不连续气流各参数的不连续分界面分界面在激波之前，气流不受扰动，气流速度的大小和方向不变，各状态参数也是常数；气流通过激波，其流速突然变小，温度、压强、密度等也突然升高⏹钝头物体的激波是脱体波（正激波），超音速气流瞬间变成亚音速，产生大波阻⏹楔形物体的激波是倾斜的（附体波）气流仍为超音速，或亚音速（与半顶角 相关相关））波阻较小，用于超音速飞机的机头马赫数表示空气受压缩的程度在伯努利公式推导中可压缩性时，流管截面积增大为正))的情时，流管截面积增大((dA dA为正变小或增大,,与M数有关变小或增大的，叫膨胀波常用的空气动力学的基本概念⏹飞机与气流的相对作用⏹马赫数M 与空速与空速V V 、音速、音速a a 的关系⏹亚音速与超音速概念⏹动压：1/2 V 2，评价飞行速度与压力的指标⏹超音速下的激波、膨胀波⏹伯努利方程方程: : 气流的静态方程气流的静态方程((亚音速飞行亚音速飞行))第一节一、坐标系：}2.2.机体坐标系（体轴系）原点o原点3.3.速度坐标系（气流轴系）a a a 原点o原点二、飞机的运动参数姿态角：机体轴系与地轴系的关系1.1.俯仰角俯仰角θ机体轴ox 与地平面间的夹角抬头为正2.2.偏航角偏航角ψ机体轴机体轴ox ox在地面上的投影与在地面上的投影与地轴地轴o o g x g 间的夹角机头右偏航为正3.3.滚转角滚转角φ（倾斜角）机体轴机体轴oz oz与包含机体轴与包含机体轴ox ox的的铅垂面间的夹角，飞机向右倾斜时为正统称欧拉角二、飞机的运动参数（续）航迹角：速度轴系与地面轴系的关系将飞机看成质点，不关心飞机的姿态1.1.航迹倾斜角航迹倾斜角γ飞行速度飞行速度V V 与地平面间的夹角以飞机向上飞时的γ为正2.2.航迹方位角航迹方位角χ飞行速度飞行速度V V 在地平面上的投影与o g x g 间的夹角速度在地面的投影在o g x g 之右时为正3.3.航迹滚转角航迹滚转角μ速度轴oz a 与包含速度轴ox a 的铅垂面间的夹角，以飞机右倾斜为正制导、导航中常用，飞机作为质点运动包含速度轴ox a 的铅垂面速度在地平面上的投影二、飞机的运动参数（续）速度向量与机体轴系的关系1、迎角α速度向量V在飞机对称面上的投影与机体轴ox的夹角，以V的投影在ox轴之下为正2、侧滑角β速度向量V与飞机对称面的夹角。
V处于对称面之右时为正产生空气动力的主要因素对于飞控是重要的变量三、飞行器运动的自由度⏹刚体飞机，空间运动，有刚体飞机，空间运动，有66个自由度：质心质心x x 、y 、z 线运动（速度增减，升降，左右侧向移动）绕机体三轴的转动角运动（欧拉角）⏹飞机有一个对称面：纵向剖面，几何对称、质量对称1.1.纵向运动纵向运动速度速度V V ，高度，高度H H ，俯仰角2.2.横航向运动横航向运动质心的侧向移动，偏航角，滚转角纵向、横航向内部各变量之间的气动交联较强纵向与横航向之间的气动交联较弱，可以简化分析⏹飞机飞机——面对称，导弹面对称，导弹——轴对称四、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）1.1.升降舵偏转角升降舵偏转角δe后缘下偏为正，产生正升力，正δe 产生负俯仰力矩产生负俯仰力矩M M2.2.方向舵偏转角方向舵偏转角δr方向舵后缘左偏为正，正δr 产生负偏航力矩产生负偏航力矩N N3.副翼偏转角δa右副翼后缘下偏(左副翼随同上偏左副翼随同上偏))为正正δa 产生负滚转力矩产生负滚转力矩L L四、飞机的操纵机构（续）⏹驾驶杆为正((此时δe亦为正，产生负的俯仰力矩，低头亦为正，产生负的俯仰力矩，低头))前推位移WeWe为正前推位移亦为正，产生负的滚转力矩，左滚)) 为正((此时δa亦为正，产生负的滚转力矩，左滚Wa为正左倾位移左倾位移Wa⏹脚蹬为正（此时δr亦为正，产生负的偏航力矩，Wr为正（此时左脚蹬向前位移左脚蹬向前位移Wr左转))左转⏹油门杆前推为正，加大油门，从而加大推力反之为负，即收油门，减小推力五、稳定性与操纵性稳定性):无输入自由运动无输入自由运动未扰运动):基准运动((未扰运动1.1.基准运动扰动运动::受到外干扰而偏离基准运动的运动2.2.扰动运动外界干扰：大气扰动，发动机推力改变，驾驶员操3.外界干扰：3.纵等稳定性：受扰后可以回到某一基准状态，不发散4.4.稳定性：：外干扰停止时，具有回到基准状态静稳定性：（1）静稳定性的趋势：外干扰停止，可以回到基准状态动稳定性：（2）动稳定性静稳定→不一定动稳定；静不稳定→动不稳定五、稳定性与操纵性（续）⏹操纵性⏹是否易于操纵，⏹操纵力是否适度，⏹飞机对操纵响应的快慢等。
⏹由驾驶员判定。
⏹飞机稳定性和操纵性的好坏，完全取决于飞机的气动特性和结构参数((如重量、转动惯量等）气动特性和结构参数⏹飞控系统可以改善飞机的稳定性与操纵性⏹飞行中飞机表面承受着气动压力分布的压力可以看作作用于飞机质心的空气动力系数用无因次无因次形式表示，有利于分析比较，风洞数据形式表示，有利于分析比较，风洞数据升力系数：C la =Z a /qS ，纵向系数阻力系数：C xa =X a /qS侧力系数：C ya =Y a /qS 横侧向系数滚转力矩系数：C L =L/=L/qSb qSb俯仰力矩系数：C M =M/=M/qSC qSC A偏航力矩系数：C N =N/=N/qSb qSb式中：q=1/2 V 2—动压，qS =牛顿（力），S —机翼面积，b —机翼展长，C A —机翼平均气动弦长S 、b 、C A 等—每个飞机的特征量苏制坐标系及符号⏹xyz坐标轴顺序：北天东（美制／国标：北东地）⏹姿态角：俯仰角、滚转角、偏航角⏹航迹角：航迹偏转角航迹倾斜角⏹角速率：（美制：p、r、q）⏹气动力—阻力Q、升力Y、侧力Z⏹气动力系数—cx、cy、cz⏹气动力矩—滚转力矩Mx、偏航力矩My、俯仰力矩Mz（美制：L、N、M）⏹气动力矩系数—mx、my、mz⏹舵面表示：（美制：）y zxωωω、、ϑγψθsψx y zδδδ、、a r eδδδ、、后两小节重点空速空速V V ，马赫数，马赫数M M ，动压，动压q q ；坐标系：惯性坐标系、机体坐标系、速度坐标系；飞机运动参数：俯仰角、滚转角、偏航角；迎角与侧滑角；操纵：三个舵面（升降舵、方向舵、副翼）偏转角；稳定性定义；空气动力系数：无因次系数；第一章第一次课结束谢谢！。