空气动力学一
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。
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什么是空气动力学
空气动力学基础知识什么是空气动力学空气动力学是力学的一个分支，研究飞行器或其他物体在同空气或其他气体作相对运动情况下的受力特性、气体的流动规律和伴随发生的物理化学变化。
以下是由店铺整理关于空气动力学基础知识的内容，希望大家喜欢!空气动力学的分类通常所说的空气动力学研究内容是飞机，导弹等飞行器在各种飞行条件下流场中气体的速度、温度、压力和密度等参量的变化规律，飞行器所受的升力和阻力等空气动力及其变化规律，气体介质或气体与飞行器之间所发生的物理化学变化以及传热传质规律等。
从这个意义上讲，空气动力学可有两种分类法：1)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(这一数值接近于地面1atm，288.15K下0.3Ma的值)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。
2)根据流动中是否必须考虑气体介质的粘性，空气动力学又可分为理想空气动力学(或理想气体动力学)和粘性空气动力学。
除了上述分类以外，空气动力学中还有一些边缘性的分支学科。
例如稀薄气体动力学、高温气体动力学等。
空气动力学的研究内容在低速空气动力学中，介质密度变化很小，可视为常数，使用的基本理论是无粘二维和三维的位势流、翼型理论、升力线理论、升力面理论和低速边界层理论等;对于亚声速流动，无粘位势流动服从非线性椭圆型偏微分方程，研究这类流动的主要理论和近似方法有小扰动线化方法，普朗特-格劳厄脱法则、卡门-钱学森公式和速度图法，在粘性流动方面有可压缩边界层理论;对于超声速流动，无粘流动所服从的方程是非线性双曲型偏微分方程。
在超声速流动中，基本的研究内容是压缩波、膨胀波、激波、普朗特-迈耶尔流动(压缩波与膨胀波的基本关系模型及其函数模型)、锥型流，等等。
汽车空气动力学(1)
由图可知，当车速为（60－80）km/h 时气动阻力 与滚动阻力相当；当车速为160 km/h 后，气动阻 力是滚动阻力的 2－3倍。
气动阻力
2、汽动阻力所耗功率 克服气动阻力所需的功率来源于发动机，发动机 所做的功有相当大一部分用来克服气动阻力。不 同
5）蜂窝器与阻尼网：蜂窝器 的作用时将大漩涡变 成小漩涡并对气流进行导向。 阻尼网是降低气流的紊流度，安装在收缩段的前面 6）气流的回路，可是扩散形 7）动力系统：风扇、反扭导流片、整流罩、动力 机、机械传动系统 8）坐标架：固定模型、安装各种实验仪器
3、汽车风洞试验主要研究的问题： 1）研究汽车空气动力特性：汽车的气动阻力特性 和操纵稳定性；汽车上的力及力矩 2）通过汽车表面的压力分布与流场性能分析，研 究汽车各部位的流场。 3）发动机冷却气流的进气和排气特性。 4）驾驶室内的通风、取暖及噪声特性
(4)、敞开喷口式、半敞开喷口式、封闭喷口式 试验段被围墙封闭，气流与围墙接触的风洞称为闭 式风洞。试验段局部有围墙，仍存在壁面效应的风 洞称为半敞式。试验段无墙壁风洞称开式风洞，无 壁面效应的影响。
(5)、按试验段尺寸分类 微型低速风洞：试验段尺寸几十毫米 小型低速风洞：试验段尺寸1 — 1.5 m 中型低速风洞：试验段尺寸2 — 4 m 大型低速风洞：试验段尺寸8 m以上 (6)、按试验段出口断面面积S和最大Vmax风速分类 A组：S＝1.5 — 6m2 Vmax=20 —70 m/s 这种风洞主 要用于汽车模型的空气的试验。 B组：S＝10 — 22m2 Vmax=33 —57 m/s这种风洞用于 小型汽车实车的空气动力试验
车重
1 2
Vmax
Fmax − Gf = 1 ρ A(CD − 2CL f ) 2
空气动力学入门(1)1
h2 = c pT2
在给出准一维流动求解方法之前，我们将应用于前 在给出准一维流动求解方法之前， 面所得到的积分形式控制方程推导准一维流动的微分 (differential)形式控制方程，并借助微分形式的控制方程 形式控制方程， 形式控制方程 速度关系式( 推导出准一维流动的面积-速度关系式(area-velocity relation), 以了解准一维流动的一些重要物理特性。 以了解准一维流动的一些重要物理特性。 •准一维流动的微分 准一维流动的微分(differential)形式控制方程的推导： 形式控制方程的推导： 准一维流动的微分 形式控制方程的推导 p A u ρ dx p+dp A+dA u+du ρ+ dρ 微分形式连续方程： 微分形式连续方程：
S
(10.2)
S
对应x方向分量： 对应 方向分量： 方向分量
∫∫ ( ρV • dS )u = - ∫∫ ( pdS ) S
S
x
(10.3)
∫∫ ( ρV • dS )u的积分 : V • dS = 0
S
∫∫ ( ρV • dS )u = ρu (− A )u
1 1 A1
1
∫∫ ( ρV • dS )u = ρu (+ A )u
把上面的积分结果代入我们前面已给出的x方向动量方程：
∫∫ ( ρV • dS )u = - ∫∫ ( pdS ) S
S
x
(10.3)
得：
− ρ u A1 + ρ 2 u A2 = p1 A1 − p 2 A2 +
2 1 1 2 2
∫
A2
A1
pdA
整理得：
p1 A1 + ρ u A1 +
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。
第三章-固定翼无人机空气动力学一
梯形比λ：尖削比是指翼稍弦长
பைடு நூலகம்
D
与翼根弦长之比， λ = c1/ c’0 。
b
固定翼无人机机翼及其气动性能
• 机翼的其他主要装置
1副翼 安装在机翼翼梢后缘外侧的可动翼面，用于控 制飞机的滚转。 2.襟翼
安装在机翼后缘内侧的可动翼面，用于 增大机翼的升力。
3.扰流板
又称减速板，用于降低速度的装置，分 为飞行和地面两种扰流板。
3.1 固定翼无人机气动结构的组成和布局 3.2 固定翼无人机机翼及其气动特性 3.3 改善固定翼无人机机翼气动性能的方法 3.4 固定翼无人机的飞行阻力
固定翼无人机气动结构的组成和布局
• 固定翼无人机的气动结构组成
1.机翼 机翼是飞机最主要的部件之一，其主要功用是 产生升力。同时机翼内部可以用来装置油箱和 设备等；在机翼上还安装有改善起降性能的增 升装置和用于飞机侧向操纵的副翼；很多飞机 的起落架和动力装置也固定在机翼上。 2.机身 机身的主要功能是装载货物和各种设备，同时 是连接机翼尾翼发动机等设备的连接装置。
• 固定翼无人机的气动布局类型
4.三翼面布局 在常规布局上增加一对鸭翼。 5.飞翼布局 飞翼布局没有水平和垂直尾翼。
固定翼无人机机翼及其气动性能
翼展长b：表征机翼邹游翼稍之间最大的横向距离。
• 固定翼无人机的机翼几何特性 外露根弦长c0和翼稍弦长c1 前缘后掠角Λ0：机翼前缘线同垂直于翼根 对称面的直线之间的夹角。
固定翼无人机气动结构的组成和布局
• 固定翼无人机的气动布局类型
1常规布局 水平尾翼和垂直尾翼放在机翼后面的布局。 2.无尾翼布局
通常无尾翼布局指无水平尾翼，副翼兼 顾平尾的功用。
3.鸭式布局
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。
空气动力学课后答案
空气动力学课后答案【篇一：空气动力学复习题】txt>第一章低速气流特性1．何谓连续介质？为什么要作这样的假设？2．何谓流场？举例说明定常流动与非定常流动有什么区别。
流场——流体所占居的空间。
定常流动——流体状态参数不随时间变化；非定常流动——流体状态参数随时间变化；3．何谓流管、流谱、流线谱？低速气流中，二维流谱有些什么特点？流线谱——由许多流线及涡流组成的反映流体流动全貌的图形。
流线——某一瞬间，凡处于该曲线上的流体微团的速度方向都与该曲线相应点的切线相重合。
流管——通过流场中任一闭合曲线上各点作流线，由这些流线所围成的管子。
二维流谱——1.在低速气流中，流谱形状由两个因素决定：物体剖面形状，物体在气流中的位置关系。
2.流线的间距小，流管细，气流受阻的地方流管变粗。
3.涡流大小决定于剖面形状和物体在气流中的关系位置。
4．写出不可压缩流体和可压缩流体一维定常流动的连续方程，这两个方程有什么不同？有什么联系？方程可变为：va=c（常数）气流速度与流管切面积成反比例。
方程可变为：适用于理想流体和粘性流体5．说明气体伯努利方程的物理意义和使用条件。
方程表达式: p?1?v2??gh?常量 21?v2?p0?常量2高度变化不大时，可略去重力影响，上式变为：p?即:静压+动压=全压 (p0相当于v=0时的静压)方程物理意义:空气在低速一维定常流动中，同一流管的各个截面上，静压与动压之和（全压）都相等。
由此可知，在同一流管中，流速快的地方，压力（p）小；流速慢的地方，压力（p）大。
方程应用条件1.气流是连续的、稳定的气流（一维定常流）；2.在流动中空气与外界没有能量交换；3.空气在流动中与接触物体没有摩擦或摩擦很小，可以忽略不计（理想流体）；4.空气密度随流速的变化可忽略不计（不可压流）。
图1-7 一翼剖面流谱p1+?v12=p2+?v22=p3+?v32v1a1=v2a2=v3a3v2=200米/秒p2=-3273675帕斯卡v3=83米/秒p3=445075帕斯卡7.何谓空气的粘性？空气为什么具有粘性？空气粘性——空气内部发生相对运动时，相邻两个运动速度不同的空气层相互牵扯的特性。
空气动力的名词解释
空气动力的名词解释空气动力学是指研究空气对物体运动和力学性质的学科领域。
它主要涉及流体力学、气体动力学以及空气动力学实验与数值模拟等方面。
作为一门交叉学科，空气动力学在航空、航天、汽车工程、建筑设计等领域有着广泛的应用。
1. 空气动力学的基础概念从最基础的角度来看，空气动力学是研究空气对物体运动和力学性质的科学；同时，它也关注物体对空气的相互作用。
在空气动力学中，主要研究的是静态和动态状态下的物体在空气中的运动和力学特性。
2. 空气动力学的流体力学基础空气动力学的研究离不开流体力学。
流体力学是研究流体运动特性的学科，包括液体和气体两种流体。
在空气动力学中，主要关注的是气体流动的性质和规律。
3. 空气动力学的气体动力学基础气体动力学是研究气体运动特性的学科，与空气动力学密切相关。
在气体动力学中，主要研究气体的物理性质、压力、温度、密度以及与运动相关的动力学参数等。
4. 空气动力学的应用领域空气动力学在航空航天领域有着广泛的应用。
例如，在飞机的设计和制造过程中，通过研究机翼、机身、尾翼等部件在飞行中的气动特性，可以提高飞机的稳定性和操纵性。
此外，空气动力学还在气象学、天气预报、石油钻机设计等领域有着重要的应用。
5. 空气动力学的实验与数值模拟在空气动力学研究中，既有基于实验的方法，也有基于数值模拟的方法。
实验方法通过设计实验装置、获取数据，从而验证和研究物体在空气中的运动规律。
而数值模拟方法则通过建立数学模型，运用计算机技术进行模拟计算，以求解和预测物体在空气中的运动和力学行为。
6. 空气动力学的未来发展趋势随着科学技术的不断进步，空气动力学也面临新的挑战和机遇。
未来，空气动力学的研究将更加注重创新技术和理论的应用，如计算机模拟方法、人工智能等。
同时，空气动力学的研究将向多学科交叉拓展，更好地服务于人类社会的发展。
总结起来，空气动力学是一门研究空气对物体运动和力学性质的学科，其基础在于流体力学和气体动力学。
空气动力学：1 习题答案
空气动力学: 1 习题答案1. 介绍本文档提供了关于空气动力学的习题解答。
空气动力学是研究物体在气流中的运动和受力的学科，它在航空、航天、汽车等领域有着广泛的应用。
本文档将解答一些基础的空气动力学问题，以帮助读者更好地理解这一领域的知识。
2. 问题解答2.1 空气动力学的定义是什么？空气动力学是研究物体在气流中的运动和受力的学科。
它研究物体在不同气流条件下的受力情况，包括气流对物体的阻力、升力等。
空气动力学主要应用于航空、航天、汽车等领域。
2.2 什么是升力和阻力？升力是物体在气流中由于气压差产生的向上的力。
升力是使得物体能够在空中飞行的主要力量，比如飞机的升力是由机翼产生的。
阻力则是物体在气流中的前进方向上产生的阻碍运动的力，它与物体的速度、气流速度、形状等因素有关。
阻力是制约物体速度的主要因素。
2.3 什么是空气动力学方程？空气动力学方程是描述物体在气流中受力情况的方程。
它包括了牛顿第二定律以及其他与空气动力学相关的物理规律。
常见的空气动力学方程包括：•阻力方程：$D = \\frac{1}{2} \\rho v^2 C_d A$•升力方程：$L = \\frac{1}{2} \\rho v^2 C_l A$•牛顿第二定律：F=FF其中，F表示阻力，$\\rho$表示气流密度，F表示物体相对气流的速度，F F和F F分别是阻力系数和升力系数，F表示物体的参考面积，F表示升力，F表示物体所受合力，F表示物体的质量，F表示物体的加速度。
2.4 空气动力学方程中的阻力系数和升力系数是什么？阻力系数F F和升力系数F F是描述物体在气流中受力情况的无量纲系数。
它们与物体的形状、气流条件等因素有关。
阻力系数表示单位面积上的阻力大小，升力系数表示单位面积上的升力大小。
根据物体的形状和气流条件的不同，阻力系数和升力系数可以通过实验或数值模拟等方法进行求解。
2.5 如何计算物体在气流中的阻力和升力？物体在气流中的阻力和升力可以通过空气动力学方程进行计算。
空气动力学：1 习题
习题1.1 气瓶容积0.15m3，在303K时，瓶中氧气的压强是5×106N/m 2，求气瓶中氧气的重量。
1.2 一根横截面积为1cm2的管子连在一个容器的上面。
容器的高度为1cm，横截面积为100cm2。
今把水注入，使水到容器底部的深度为100cm（1）水对容器底面的作用力是多少？（2）系统内水的重量是多少？（3）解释（1）和（2）求得的数值为什么不一样1.3 用容积为1000m3的金属罐作水压试验。
先在容器内注满一个大气压的水，然后加压注水，使容器内压强增加到7×105N/m2，需再注入多少水？1.2题图1.4 某发动机的设计高度为1000m，试求出该高度处的大气压强、密度和温度，并与国际标准大气表上所给出的参数相比较。
1.5 某日气压表的读数为762.6mm汞柱，试求在每平方米面积上，大气压强所作用的力为多少牛顿？1.6 一个储气罐的容积为6m3，内储48.1kg的空气，试确定储气罐内空气的密度是多少？1.7某气罐容积为27.1m3，内储压缩空气。
已知罐中空气的温度为303K，压强为21atm，试求罐内压缩空气的质量为多少千克？1.8 假设大气的密度是个常数，其值为1.225kg/m3，试求大气层的上界为多少米？（假设在海平面处的压强与国际标准大气值相同）1.9 假设大气的温度是个常数，其值为288.15K，试求5000m高度处的压强为什么？请将该压强值和相同高度下标准大气的对应值相比较，并解释产生这种差别的主要原因。
1.10 均质流体体积为τ，处于平衡状态，其体力指向一固定的中心且与质点离开该中心距离成正比。
求自由面的形状，如τ=1000m3,且在距离为1cm时对1g质量的吸引力为10-5 N,如流体为水，试计算中心点的压强。
1.11 图为装在做水平匀加速运动物体上的U型管式加速度测器，已测得两管中液面差h=4cm，两管相距L=20cm，求该物体加速度的大小和方向。
1.11题图 1.12题图1.12 如图一圆形容器，其顶盖中心装有一敞口的测压器，容器装满水，测压管中的水面比顶盖高h，圆柱形容器直径为D，当它绕竖直轴以角速度Ω旋转式，顶盖受到多大的液体向上总压力？ 1.13 设有一质量力场2222222,2,2x y F y yz z F z xz x Fz x xy y λμν=++=++=++，其中,,λμν均为参数，问,,λμν去何数值时，在上述力场作用下的流体才有可能达到平衡。
无人机空气动力学-升力的产生
➢ 从右图可以看出，机翼 升力的产生主要靠机翼上 表面的吸力作用，尤其是 上表面前段，而不是靠机 翼下表面的正压作用。
2.4 作用在飞机上的空 气动力
2.4 作用在飞机上的空气动力
1.空气动力、阻力和升力 2.升力的产生 3.阻力 4.升力与阻力计算 5.升力、阻力和升阻比曲线 6.机翼的压力中心和焦点
2.4 作用在飞机上的空气动力
2.升力的产生
产生原理：连续性定理、伯努利定理
前方来流机翼分成上下 部分，一部分从机翼的上 表面流过，一部分从机翼 的下表面流过。
机翼升力的着力点， 称为压力中心。
2.4 作用在飞机上的空气动力
2.升力的产生
翼型压力分布 1）矢量表示法
➢ 如果机翼表面的压力低于大 气压力，称为吸力（负压）。
➢ 如果机翼表面的压力高于大 气压力，称为压力（正压）。
负压区
驻点 正压区
最低压力点
2.4 作用在飞机上的空气动力
2.升力的产生
由连续性定理可知，流 过机翼下边面的气流，比 流过下表面的气流速度更 快。
2.4 作用在飞机上的空气动力
2.升力的产生 产生原理：连续性定理、伯努利定理
由伯努利定理知：
2.4 作用在飞机上的空气动力
2.升力的产生 产生原理：连续性定理、伯努利定理
上下表面出现的压力差，在 垂直于相对气流方向的分量， 就是升力。
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。
西工大空气动力学PPT课件第一章
3 气体的压缩性、粘性和热传导
压缩性（弹性）
在一定温度条件下，一定质量气体的 体积或密度随压强变化而变化的特性
度量气体压缩性大小用体积弹性模数E 各种物质的弹性模量是不同的，所以它们的压缩性也不同。
如水的弹性模量为 2.1×109 N / m2
−4 当压强增大一个大气压时密度变化 0.5 × 10
px = p y = pz = p
P
Px
dy
n
X o dx A
dz
结论 理想流体内一点处的压强与受压面 方位无关，方向垂直指向作用面。 压强仅是空间坐标的连续函数。
△ABC的面积ds
z C
Py
流体微团四面体和压强
2 流体的密度、压强和温度
完全气体的状态方程 分子是完全弹性的 忽略内聚力 忽略分子微粒的实有总体积
流动性弱
将固体、液体 和气体放在一 密闭的容器当 中，会有什么 现象？
1
连续介质假设
微观上：流体分子距离的存在以及分子运动的随机性使得 微观上：流体分子距离的存在以及分子运动的随机性使得 流体的各物理量在时间和空间上的分布都是不连续的。 流体的各物理量在时间和空间上的分布都是不连续的。
空气动力学研究对象（飞行器）的特 征尺寸远大于流体分子平均自由程
低层大气层
高温层：85~500Km
高层大气层
电离层
外层大气：>500Km
5 标准大气
大气的分层
•普通飞机主要在对流层和平流层飞行，约39Km左右。 •探测气球：44Km左右 •定点通讯卫星约35000Km •航天飞行器几百Km
5 标准大气
海平面上的标准值
Ta = 288.15 K pa = 101325 N / m 2
空气动力学——阻力.ppt
汽车表面做的很光滑 就是为了减少摩擦阻力
压差阻力
压差阻力是由于物 体与空气相对运动 时物体前后存在压 力差所引起的。其 根本原因是空气的 粘性。压差阻力与 物体的形状、它在 气流中的姿态以及 最大迎风面有关。 流线产生的压差阻 力较小。 压差阻力也与物体 表面的边界层状态 有关。
驻点
假设空气没有粘性 （如上图）
阻力
• • • • 1，磨檫阻力 2，压差阻力 3，诱导阻力 4，干扰阻力
摩擦阻力
•摩擦阻力的大小和粘性影响的大小， 物体表面光滑程度以及浸润面有关。
•另一方面，如果物体表面的边界层是 层流边界层，空气粘性所引起的摩擦阻 力就比较小，如果物体表面的边界层是 紊流边界层，空气粘性所引起的摩擦阻 力就比较大。
驻点
实际空气有粘性 （如上图）
干扰阻力
飞机个部件之间相互影响所引起，整架飞机阻 力与单独个部分阻力的总和的差值称为干扰阻 力。 1. 涡流干扰。大雁人字或一字飞行，后一只雁的 翅膀正好在前一只翅膀所形成的翼尖涡旋中， 能产生助推作用。 2. 尾流干扰。任何突出在飞机表面的物体都产生 压差阻力，由尾流产生。 3. 压力干扰。物体表面空气压力不均匀引起阻力。
•
迁徙的大雁利用人字形 飞行减少干扰阻力
Hale Waihona Puke 导阻力• 在机翼翼尖处，流速小静压大的下翼面空 气回绕过翼尖向流速大静压小的上翼面流 动，于是在翼尖处形成一股涡流，它改变 了翼尖附近流经机翼的气流方向，引起的 阻力称诱导阻力。
飞机机翼上添加翼尖小翼减小诱导阻力
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此时在物体表面代之以湍流型的附面层。K点称为分离点，各 截面上的分离点所组成的面称为分离面。在分离面的后部，空 气的运动形式发生了变化，产生一个个涡漩。该处即为涡流区。 由于涡流区的出现，阻碍了外层空气重新扩大到原有的宽度。 也就是说使外层气流无法在物体后部平顺地合拢恢复原状。
于是外层气流就保持着较高的流速和较小的静压力，相应地涡流 区也维持着与邻近外层气流相同的较低的静压力。 这样一来，改变了物体表面的压力分布，打破平衡，故静压 力的合力不为零，从而产生了空气力。 产生分离现象的关键是附面层内较大的速度梯度。当物 体截面急剧地由小到大变化时，外层气流急剧升速，由于有较大 的速度梯度，空气层间内摩擦很大，致使附面层内迅速减速， v=0的点可能会离开物体表面而产生分离。当物体截面急剧地由 。 大到小变化时，外层气流急剧减速，由于有较大的速度梯度，空 气层间很大的内摩擦也会使v=0的点离开物体表面而产生分离。 综上所述，由于空气的粘滞性导致附面层分离现象的发生，使附 面层内可能产生涡漩，最终导致车身表面上静压分布不对称。整 个汽车外表面上的静压力的总合力就是空气力。 空气力F的作用点称为气动中心（又称为风压中心）记作C· P， 一般情况下C· P不与汽车的质心C· G重合，其作用方向也是任意 的，即与汽车前进方向以及地面成任意角度。
一、前提与假设
1． 前提：车速Va≤360km/h（即空气相对流速Va≤100m/s）。 2． 假设： ①空气不受压缩（即空气密度ρ不变） ②外层空气无粘滞性 除了车身表面附近一薄层空气外，离车身较远的外层空气是没 有粘滞性的理想气体。 ③相对运动等效性。 汽车以一定的速度在静止的空气中行驶所产生的空气力，与 空气以同样的速度流经静止的汽车时所产生的空气力相等。 风洞实验就是依据这一原理。
负值。
通常用中线、弦线、拱度、和迎角来判断车身形状与升力的关
系。 中线——汽车各横截面形心的连线。 弦线——中线的前后端的连线。 拱度——中线弧高与弦长之比。拱度愈大升力愈大。
迎角——弦线与水平线的夹角。前高后低的弦线其迎角为正。
正迎角愈大升力愈大。 减小拱度，使中线趋于平坦能减小升力，但由于结构上和 使用功能上的限制，要在轿车车身造型上做到这一点是很困 难的。较为可行的措施是减小迎角甚至使其成为负值。这是 降低升力甚至获得负升力的重要途径。
迎风面积的定义
气动力的六分量
气动力F与流速的平方、迎风面积成正比，为了比较大小 不同的汽车在不同的车速时的空气动力性能常采取一个无因 次量CF，称为空气力系数。 F
令：
CF
S
1 2
2
其涵义为：作用在迎面面积上的平均空气力F/S与基准气流动 压力1/2ρv2之比。 各分量也有对应的系数CD、CY、CZ、CMX、CMY、CMZ、。
其中动压力q=1/2 ρv2 ρ为空气密度，在标准状态下 ρ0=1.2258Kg/m3
这意味着：某处空气流速改变时，该处的静压力必然也 会改变。即空气流速V增大的地方静压P减小，反之V 减小的地方P增大。
若理想的空气流经一个前后左右都对称而且表面绝对 光滑（无摩擦）的物体时，可推知由于物体横截面积 变化将导致周围空气静压力分布的变化。且有如下规 律： 在物体横截面大的地方流线族截面积小v大，q大，p小 在物体横截面小的地方流线族截面积大v小，q小，p大。 在远离物体表面的地方可近似地认为存在着这种情况。 如果空气没有粘滞性，空气与物体表面的摩擦力为零。 而且作用于物体表面的静压力分布虽有变化，但其总 的合力，即空气力也是为零的。 实际上，由于空气粘滞性的存在，作用在物体上的 气动合力是不为零的。
数据显示屏
六分力天平
风洞内壁
整流筛 风机
风扇有六个叶片，每个叶片 重1吨，高12英尺，用西加 云杉(Sitka spruce)薄片制成。 西加云杉薄片全都是根据高 比刚度精选出来的。当电动 机的转速达到最大的时候， 叶片最高速度达到每小时 415英里
我国正在建设的风洞
由于汽车的横截面是变化的，因此在沿气流方向的 各个截面上流线的疏密不同。根据空气密度不变的假 设以及连续原理可推知流速与流线族截面积成反比。 即： 物体截面大的地方流线截面积小，空气流速大。反之， 物体截面小的地方流线截面积大，空气流速小。 而根据外层气体无粘滞性的假设可知气流无损失流 动时服从柏努利定律。即静压力P与动压力q之和为常 数。即 p+q=H
附面层的定义及流态
当附面层内速度梯度较大时，各层间的摩擦力相当大，附面层 内充满了涡流，被称为“湍流”。这种情况常发生在物体的截 面由大变到小的地方，由于物体截面的这种变化，沿气流方向 会产生静压升高，附面层中的气流在随着外层气流减速的同时， 气流的一部分动能还要消耗在克服摩擦所做的功上，因此附面 层内部将会有一个较大的速度梯度。 2）分离现象 当静压足够大时，终于在离物体表面某一距离的K点处空气 粒子失去动能，流速就降至零，而在这距离以内的气流速度变 为负值，即反向流动，形成涡漩，在这些地方，层流型的附面 层离开了物体表面。这种现象称为分离现象。（参见书上P116 图6-10）
二、空气力的形成 空气力是指作用在车身表面的全部气动压力的总和。 1．外层气流情况 在远离车身表面的外层气流中，设有一空气质点 在某一时刻通过空间的A点，该质点的运动轨迹称 为“流线”。若流速保持恒定，则紧接着陆续到 达A点的所有空气质点也将沿着完全同样的轨迹运 动。因此可以认为流线在空间的位置和形态是固 定的（这一点可由烟风洞实验证实）。每一条流 线隶属于流线族，众多的流线族构成汽车周围的 流谱。流谱的形态是由车身的外形以及车身与空 气的相对速度决定的。
第四章 汽车空气动力性能
一、名词术语
1. 空气动力 物体与空气相互作用产生并作用于物体上的力。其大小、方向取决于空气与物体 之间的相对速度和物体的形状。 2. 空气动力对汽车性能的影响 动力性
经济性
操纵稳定性 车速大于50km/h时，空气动力性能就不可忽视。当车速达100km/h时，发动机 输出的功率有80%用于克服空气阻力。而且气动力是气流作用在汽车整个表面上 的变分布压力的综合效果。这种压力分布随汽车与气流间的相对状况而变化，有 时可以改善转向特性和操纵特性，有时又会使其恶化。因此，具备一些这方面的 知识，对评价车身的造型，以及确定汽车的外形都具有重要的意义。
其中力矩系数为：
M CM S
1
L
2 2Βιβλιοθήκη 式中：L为特征长度，一般取汽车的轴距或轮距（须指明）。 系数C是无因次量，一般来说是雷诺数Re的函数在v较高时，可以近似 地认为C不随Re变化，而仅取决于物体的形状。
四、气动阻力（参见P107～P108）
气动阻力FX是气动力F分量中对汽车性能影响最大的。 其组成部分为： 1．形状阻力（又称压差阻力）占50% ~ 65％，由汽车前部压力 与后部压力之差引起； 2．摩擦阻力占6% ~ 10% 空气粘滞性在车身表面产生的阻力 3．诱导阻力占7%~10% 气动升力所产生的纵向水平分力 4．干扰阻力占12 %~ 16% 附件阻力，暴露在汽车外力的各种附
件引起气流相互干扰形成的阻力；
5．内部阻力占12~20%内循环阻力，冷却发动机气流与车厢内循 环气流造成的阻力。
五、气动升力（参见P109～P110）
气动升力FZ是由于汽车外形上下不对称，在行驶时上部和下 部的空气流速不相等导致上下静压力不等而产生的。FZ垂直于 地面。向上为正，向下为负。 气动升力对于汽车是有害的，因为它会降低轮胎的附着力从 而使汽车的驱动性和操纵性、稳定性变坏。尤其是质量轻、速 度高、质心靠后的汽车对升力特别敏感。如某轿车以160km/h 的速度行驶时前轴上的正升力约为车重的20%~25%，大大降 低了前轮与路面的附着力，若此时正在转弯或受到侧向阵风的 作用，就可能出现失控的危险。因此对于高速汽车来说降低气 动升力比降低气动阻力更为重要。在设计汽车车身外形时要采 取措施尽量减小汽车的升力，理想的情况是升力为零或较小的
三、气动力的六分量及系数
为方便分析，在以汽车质心为原点的三维坐标系中将气动力分解 为沿三个坐标轴方向的分力和绕三个坐标轴的力矩，统称为气动力 六分量。（见书上P106图6-1） 三个分力为： 1．气动阻力FX——沿水平面纵方向与汽车行驶方向相反的分力。 2．气动侧向力FY——沿水平面横方向与汽车行驶方向垂直的分力。 3．气动升力FZ——垂直与水平面且与汽车行驶方向垂直的分力。 三个力矩为： 1．侧倾力矩MX——绕X轴使汽车侧倾的力矩（使汽车右倾为正） 2．俯仰力矩MY——绕Y轴使汽车俯仰的力矩（使汽车仰头为正） 3．横摆力矩MZ——绕Z轴使汽车调头的力矩（使汽车右偏为正）
较成功的整体气动造型轿车
2、附面层的情况（参见P115）
1）附面层
在紧贴物体表面的地方，空气的粘滞性不可忽视，而且物体表 面与空气间存在着摩擦力，直接与物体表面接触的空气分子， 受到表面的阻滞而粘着在物体表面上相对速度为零。与其相邻 的空气层又被粘滞摩擦力所阻滞相对流速也较低，随着与表面 距离的增大，空气粒子受粘滞性的影响程度逐渐减小，其流速 也逐渐加快。当与物体表面的距离超过一定值时，空气粒子的 运动几乎完全不受粘滞性的影响，其流速与该截面上外层气流 的速度相等。故在围绕物体的一个相对薄的空气层内，气流速 度有明显变化，从外向里逐渐减小，直到接触物体表面处气流 速度为零，存在着一个速度梯度。该气流层被称为附面层，又 叫边界层。 当附面层内速度梯度不大时，附面层内各层气流是以不同速度 错动的，称之为“层流”。
二、汽车空气动力学研究内容
轿车空气动力学研究内容
设计计划 模型风洞 空气动力学基本要求 计算仿真 气动造型 总布置开发
美学造型
方案选择
空气动力学协调
外形基本型 否 计算仿真 方案初定 样车试制 1：1模型风洞 否 1：1模型评审
空气动力性能指标
设计
是 否
样车分析
样车完成
样车风洞试验
§4-1空气力的形成（参见书6-2，6-3）