空气动力学试验指导书-南京航空航天大学精品课程
直升机空气动力学 课件
《直升机空气动力学》南京航空航天大学“直升机空气动力学”课程组学时数：43几点要求：❑上课认真做笔记❑课后认真看书❑作业认真完成教材：❑王适存主编，《直升机空气动力学》，航空专业教材编审组出版，1985参考文献：❑[美]R.普劳蒂著，高正等译，《直升机性能及稳定性和操纵性》，航空工业出版社，1990年❑W.Z. Stepniewski and C. N. Keys, Rotary-Wing Aerodynamics, Dover Publications,Inc.，1981绪论南京航空航天大学《直升机空气动力学》课程组©本课程性质描述直升机（主要是它的旋翼）与周围空气相互作用的空气动力现象、阐明空气动力分析的理论、研究直升机不同飞行状态下的流场和气动载荷、估算直升机飞行性能、进行直升机尤其是旋翼气动设计的一门科学。
本章内容1.本课程基本内容；2.旋翼的功用和直升机的飞行特点；3.旋翼的基本参数；4.旋翼参数无因次化。
一. 本课程基本内容1.直升机研制的主要环节2.空气动力学在直升机技术中的地位❑气动在直升机研制中占重要地位❑总体设计、部件设计、气动载荷计算、性能计算、飞行品质分析、流场分析、噪声分析、气动试验等许多工作均与气动相关。
3.本课程的基本内容❑旋翼气动理论❑气动性能分析❑流场和气动载荷分析❑试验技术二. 旋翼的功用和直升机的飞行特点旋翼是直升机的关键部件构造：数片桨叶＋桨毂桨毂：连接旋翼轴和桨叶，可铰接的或固接的桨叶：2-7片1. 旋翼的功用✓产生拉力——克服重量✓产生向前的水平分力——使直升机前进✓产生其他分力和力矩——使直升机保持平衡或进行机动飞行2. 直升机分类按构造型式分类❑单旋翼式❑共轴双旋翼式❑纵列双旋翼式❑横列双旋翼式倾转双旋翼式单旋翼式——尾桨平衡旋翼反扭矩S-92共轴双旋翼式Coaxial纵列双旋翼式Tandam倾转双旋翼式Tiltrotor3. 直升机的飞行特点旋翼的运动（以垂直飞行为例）：旋翼一面绕自身的旋翼轴旋转，一面随直升机一起向上运动。
流体力学教学大纲 - 南京航空航天大学精品课程建设
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课程教学方 式 主要适用专 业
理论讲授
流体力学等相关专业 飞行器设计等相关专业
飞行器动力工程
7
4
努利方程，基本解叠加解法，理解和掌握升力定理，了解粘流基础知识。 本章主要知识点：伯努利方程，叠加原理，升力定理，附面层，层流， 紊流。 本章重点：伯努利方程及应用，基本解叠加和库塔-儒可夫斯基升力定 理。 实验内容：不可压流水槽流动，流动现象分析 第四章 高速可压无粘流（12 学时+2 学时实验） 本章讲述高速可压无粘流。在高速时，流体运动必须考虑热力学特性。 先介绍与流体运动相关的热力学基础知识，再讲述一维等商绝热流。然后讲述 正激波、斜激波与膨胀波（波系实验演示） ；最后介绍喷管及 Δ 超音速风洞。 要求熟练掌握一维等商绝热流所满足的方程，激波前后参数关系，理解和掌握 超音速喷管原理。 本章主要知识点：状态方程，内能，焓，熵，熵增原理，总压，小 扰 动 与马赫锥，马赫波，普朗佗（Prandtl）激波公式，拉瓦尔喷管 本章重点：一维等商绝热流，正激波，拉瓦尔喷管原理 实验内容：风洞设备参观及工作原理介绍，含低速、高速、高超声速 Δ 为选讲内容，其余均为必讲内容。
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前修课程、能力和知识结构要求：
先修课程：高等数学、工程数学、理论力学。 主要能力和知识结构：学生在学习本课程时应具备高等数学中的解析几何、微积分、 常微分方程、理论力学有关力与运动等方面的基础知识; 学生如果具有工程数学中， 矢量代数、矢量分析和数理方程等方面的知识，将有助于本课程的深入学习。作为航 空类本科生的专业基础课，还要求学生对航空航天等相关的工程背景有所了解。
课程内容共分 4 章: 第一章 流体力学基础知识（7 学时） 本章讲述流体力学的预备知识，先介绍流体力学的基本任务，研究方 向和流体力学的发展概述；然后介绍流体介质，Δ 气动力系数，Δ 矢量积分 知识；最后引入控制体，流体微团及物质导数的概念；要求掌握学习流体力学 入门的基础知识和预备知识。 本章主要知识点：连续介质假设，流体的密度、压强和温度，气体的 压缩性、粘性和传热性， 流体的模型化。 本章重点：流体的物理属性及模型化。 第二章 流体运动基本方程和基本规律（10 学时+2 学时实验） 本章讲述流体控制方程和基本规律，包括连续方程、动量方程和能量 方程的推导，方程的基本解法介绍，流体微团运动分析和 Δ 旋涡运动（实验 演示） 。要求掌握三大基本方程的推导，熟练掌握流体微团运动特点，了解流 体旋涡运动。 本章主要知识点：三大基本方程，角速度，旋度，角变形率，位函数， 流函数，环量，旋涡运动。 本章重点：三大基本方程的推导，微团运动分析结论。 实验内容：实验设备介绍及基本实验演示 第三章 不可压流（10 学时+2 学时实验） 本章先讲述不可压无粘流（理想流体） 。内容有伯努利方程及应用、 流动控制方程、方程的基本解、基本解叠加、库塔-儒可夫斯基升力定理；然 后讲述低速粘流基础；最后 Δ 介绍真实流动，给出与理想流的比较。与本章 内容相结合，实验有雷诺实验，测速实验和真实流动演示等。要求熟练掌握伯
汽车空气动力学-实验指导书
XXX学院实验指导书课程编号：1215146016课程名称：汽车空气动力学实验学时： 4适用专业：车辆工程专业制定人：朱思琦制（修）订时间：2019年7月专业负责人审核：贾爱芹专业建设工作组审核：2019年 7月实验纪律要求1. 遵守实验室规章制度，未经许可，不得移动和拆卸仪器与设备，保持室内安静。
2．注意人身安全和教具完好。
3. 实验课前，必须认真预习实验指导书。
明确实验目的、原理、步骤以及应注意事项。
4. 学生分组实训前应认真检查本组仪器、设备及元器件状况，若发现缺损或异常现象，应立即报告指导教师或实训室管理人员处理。
5.学生要分组完成实验和独立完成实验报告。
实验时要胆大心细，认真观察与记录，分析结果，处理数据，按时保质保量地完成实验任务。
6.实验完毕，经实验教师允许后，方可离开实验场地，务必保持实验室整洁。
7.违反实验室规章制度和操作规程，擅自动用与本实验无关的仪器设备，私自拆卸仪器造成事故和损失者，必须写出书面检查，并根据情节严重按有关规定处理。
一、教学目的与基本要求《汽车空气动力学》为车辆工程专业的一门专业选修课。
其主要任务提高学生对汽车空气动力学应用的认识，并简单掌握CFD软件的应用。
《汽车空气动力学实验》是本课程的实践环节和重要组成部分，其目的是通过这样一组实践教学环节的实施，加深学生对于有关风洞和风洞试验的基础知识的理解，初步掌握汽车空气动力学数值计算这项汽车空气动力学研究的重要研究手段，培养和训练学生分析问题、解决问题的能力，培养和训练学生的实践动手能力，培养、锻炼学生的创新思维和科研能力。
1．任课教师要指导学生进行实验准备、实验操作到撰写实验报告独立完成；2. 要求学生进一步掌握汽车空气动力学基本理论知识，了解汽车风洞试验的重要性，了解风洞构造及其分类，掌握汽车风洞试验的主要试验内容。
3．要求学生能够了解在车辆的运行过程中，空气动力学是十分重要的，而空气动力学数值计算的可视化处理是广泛存在的且非常有效的计算手段。
2_1流体力学基础
Principles of Flight
第二章
飞机的低速空气动力
飞行学院 FLIGHT TECHNOLOGY COLLEGE
南京航空航天大学
飞行原理
Principles of Flight
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 增升装臵的增升原理
du dy
⑴粘性切应力与速度梯度(du/dy)成正比；
⑵粘性切应力与角变形速 率（简称切变率 dγ/dt） 成正比 ⑶比例系数μ称绝对粘度， 简称粘度。
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飞行原理
Principles of Flight
(2).非定常流(场) 。
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飞行原理
Principles of Flight
2.1 空气流动的描述
2.1.1.3描述流体运动的两种方法 欧拉法 欧拉法又称当地法：将某瞬时占据某空间点的流体质点物 理量作为该空间点的物理量，物理量随空间点位臵和时间而变 化。 设空间点坐标为(x,y,z)，物理量B的欧拉表示式为: B=B(a,b,c,t) 上式中(x,y,z)称为欧拉坐标，不同的(x,y,z)代表不同的空间点。 在流体力学中最重要的物理量是速度V和压强p ，其欧 拉表示式分别为： V=B(a,b,c,t) p=B(a,b,c,t)
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最新2019-直升机空气动力学-涡流理论-PPT课件
Helicopter Aerodynamics
直升机空气动力学
南京航空航天大学
Nanjing University of Aeronautics & Astronautics
直升机技术研究所
Institute of Helicopter Technology
3-2 轴向气流中的旋翼涡系构成
1）附着涡盘
你所见到的漩涡及其形成的原因
Helicopter Aerodynamics
直升机空气动力学
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直升机技术研究所
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1-2 涡的诱导速度
讨论：三类涡系的优缺点和适用性
Helicopter Aerodynamics
直升机技术研究所
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直升机空气动力学
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漩涡引起周围流体的速度和压强变化
涡
涡的诱导速度用毕奥—沙瓦定理计算
速度
Y向
rr
r ds l
dv
4
l3
压强
式中 是涡元 d s 到计算点M 的矢径，
是涡的环量。
Helicopter Aerodynamics
直升机空气动力学
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翼型气动特性实验指导书2017版
《空气动力学》课程实验指导书翼型压强分布测量与气动特性分析实验一、实验目的1 熟悉测定物体表面压强分布的方法，用多管压力计测出水柱高度，利用伯努利方程计算出翼型表面压强分布。
2 测定给定迎角下，翼型上的压强分布，并用坐标法绘出翼型的压强系数分布图。
3 采用积分法计算翼型升力系数，并绘制不同实验段速度下的升力曲线。
4 掌握实验段风速与电流频率的校核方法。
二、实验仪器和设备（1） 风洞：低速吸气式二元风洞。
实验段为矩形截面，高0.3米，宽0.3米。
实验风速20,30,40V ∞=/m s 。
实验段右侧壁面的静压孔可测量实验段气流静压p ∞，实验段气流的总压0p 为实验室的大气压a p 。
表2.1 来流速度与电流频率的对应（参考）表2.2 翼型测压点分布表上表面下表面（2） 实验模型：NACA0012翼型，弦长0.12米，展长0.09米，安装于风洞两侧壁间。
模型表面开测压孔，前缘孔编号为0，上下翼面的其它孔的编号从前到后，依次为1、2、3……。
（如表-2所示）（3） 多管压力计：压力计斜度90θ=，压力计标定系数 1.0K =。
压力计左端第一测压管通大气，为总压管，其液柱长度为I L ；左端第二测压管接风洞收缩段前的风洞入口侧壁静压孔，其液柱长度为IN L ；左端第三、四、五测压管接实验段右侧壁面的三个测压孔，取其液柱长度平均值为II L 。
其余测压管分成两组，分别与上下翼面测压孔一一对应连接，并有编号，其液柱长度为i L 。
这两组测压管间留一空管通大气，起分隔提示作用。
三、实验原理测定物体表面压强分布的意义如下：首先，根据表面压强分布，可以知道物体表面上各部分的载荷分布，这是强度设计的基本数据；其次，根据表面压强分布，可以了解气流绕过物体时的物理特性，如何判断激波，分离点位置等。
在某些风洞中（例如在二维风洞中，模型紧夹在两壁间，不便于装置天平），全靠压强分布来间接推算出作用在机翼上的升力或力矩。
测定压强分布的模型构造如下：在物体表面上各测点垂直钻一小孔，小孔底与埋置在模型内部的细金属管相通，小管的一端伸出物体外（见图1），然后再通过细橡皮管与多管压力计上各支管相接，各测压孔与多管压力计上各支管都编有号码，于是根据各支管内的液面升降高度，立刻就可判断出各测点的压强分布。
空气动力学-气动力性能估算讲解
飞行器空气动力学课程设计技术报告姓名：学号：南京航空航天大学2013.1.18目录任务书 (3)第一章全机升力特性的估算 (5)1.1单独外露机翼升力特性1.2单独全机翼升力特性1.3全机升力特性第二章全机阻力系数的估算 (16)2.1全机零升阻力系数随M数的变化情况2.2 全机诱导阻力系数随M数的变化情况2.3 全机阻力系数随M数的变化情况2.4 全机极曲线第三章全机焦点及中心的纵向力矩系数的估算 (32)3.1全机焦点随M数的变化情况3.2 全机对重心的纵向力矩系数随M数的变化情况第四章参考资料 (35)附图 (36)任务书题目：A型机纵向气动特性的估算与分析给定飞机（详见附图），无动力装置，全动水平尾翼。
飞机高度：H=10000米飞行M数：0.3，0.6，0.8，0.94，1.0，1.02，1.10，1.40，1.60。
飞行迎角：0°，2°，3°，5°，7°。
舵面不偏转：δθ=δA=δB=0试估算全机的升力特性，阻力特性和纵向力矩特性。
1.单独外露机翼升力系数C y翼（外），升力线斜率Cy翼（外）α随M数变化曲线（以迎角为参数）；2.单独全机翼升力线斜率Cy全翼α随M数变化曲线；3.全机升力线斜率随M数变化曲线；4.全机零升阻力系数C x随M数变化曲线；5.全机诱导阻力系数随M数变化曲线；6.全机阻力系数随M数变化曲线；7.全机极曲线；8.全机焦点随M数变化曲线；9.全机对重心的纵向力矩系数随M数的变化曲线；机身（截尾）外形曲线r 身0=[1−(1−2x)2]34式中r0=r m ax=0.794, l身=19.84。
原始几何数据：一飞机重心距机头顶点7.96（位于机身轴线上），长度以米为单位（面积为米2）。
剖面机翼双弧形平尾圆弧形立尾NACA0006 c̅0.06 0.06 0.06厚度位置x̅c0.5 0.5 0.3展弦比（全翼） 3.09 3.99稍根比0.39 0.33全翼面积38.81 7.74第一章全机升力特性的估算1.1 单独外露机翼升力特性1.1.1 单独外露机翼几何参数由机身几何尺寸图可得如下参数：机翼与机身连接部分机身平均半径R=0.78m；外露机翼根弦长b根=4.665m，稍弦长b稍=1.985m，根梢比η=2.45；外露机翼面积S外=31.222m²；外露机翼展弦比λ外=2.824；其中相似参数：λ外tanχ0.5=0.17，λ√c̅3=1.11；1.1.2 Cy翼（外）α的计算查讲义中图1-1，得Cy翼（外）α如表1.1所示。
“直升机空气动力学”课程思政教学探索
“直升机空气动力学”课程思政教学探索王博，赵国庆，招启军，丁岩（南京航空航天大学航空学院，江苏南京210016）［摘要］“直升机空气动力学”是一门面向飞行器设计与工程专业（直升机方向）本科生开设的专业基础课程，亦是现代直升机技术的主要内容之一。
以南京航空航天大学直升机系开设的“直升机空气动力学”课程为例，根据专业特点，结合课程实际，详细探究了如何进行课程的思想政治教育规划。
为使专业课承担起思想政治教育的重任，探索改进多种教学方法与实践方法，以提升教学效果，为祖国的人才培养贡献绵薄之力。
［关键词］直升机空气动力学；课程思政；高校教育；教学探索［作者简介］王博（1981—），男，陕西绥德人，工学博士，南京航空航天大学航空学院讲师，主要从事直升机空气动力学、旋翼计算流体力学研究。
［中图分类号］G642.0［文献标识码］A ［文章编号］1674-9324（2021）52-0101-04［收稿日期］2021-09-152020年9月17日，习近平总书记到岳麓书院考察调研时强调，要把课堂教学和实践教学有机结合起来，充分运用丰富的历史文化资源，紧密联系中国共产党和中国人民的奋斗历程，深刻领悟马克思主义中国化的内在道理，深刻领悟为什么历史和人民选择了中国共产党和社会主义，进一步坚定“四个自信”[１]。
作为高校教师，在将专业知识传授给学生的同时，也要将“忠诚奉献，逐梦蓝天”的航空报国精神内涵准确传递给新一代航空人。
好老师要做到学为人师、行为世范，严格要求自己的一言一行，学习黄大年等优秀教师的高尚精神，立德修身，潜心治学，开拓创新，真正把为学、为事、为人统一起来，当好学生成长的引路人，为培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人、全面建设社会主义现代化国家不断做出新贡献[２]。
当代青年必须做到在学习中增长知识、锤炼品格，在工作中增长才干、练就本领，以真才实学服务人民，以创新创造贡献国家。
高校教育工作者面向的对象正是广大青年学生。
南京航空航天大学的试验空气动力学研究
南京航空航天大学的试验空气动力学研究
明晓
【期刊名称】《南京航空航天大学学报》
【年(卷),期】1995(027)001
【摘要】介绍了近10年来南京航空航天大学在实验空气动力学研究方向的进展。
南航已经建成了规模较大，较为完善配套的高、低速风洞试验设备，并利用这些设备进行了大量的空气动力学的实验研究。
特别是在边界层、尾流旋涡、非定常流、流动控制、航空声学，以及相应的测试技术方面，获得了一大批高水平的研究成果。
【总页数】7页(P52-58)
【作者】明晓
【作者单位】南京航空航天大学空气动力学院，南京210016
【正文语种】中文
【中图分类】V211.7
【相关文献】
1.探讨通过水流模型试验进行高速列车空气动力学研究的可行性 [J], 戴荣尧;梁在潮
2.西德航空航天研究院和格廷根空气动力学研究所的空气动力学研究 [J], 吉泽能政;钱福星
3.氧化石墨烯膜间距对电渗析空气除湿特性影响的分子动力学研究 [J], 张牧星;张小松;丁烨;宋翼
4.基于小尺度实验的燃料蒸气-空气预混气体泄爆动力学研究 [J], 王世茂;李向东;
蔡运雄;李国庆;齐圣
5.“高速列车空气动力学研究”专栏简介 [J], 《空气动力学学报》编辑部
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
飞机空气动力学课程的实验教学
飞机空气动力学课程的实验教学作者：郭卫刚王强来源：《课程教育研究》2021年第41期【摘要】在飞机空气动力学课程的教学实施过程中，必须要及时地开展相关的实验教学。
阐述实验教学的特点，明确实验教学对培养学生动手能力、协作精神、创新思维能力及提高综合素质方面的重要作用。
通过对实验教学在飞机空气动力学课程中的应用研究，表明实验教学能够激发学生学习飞机空气动力学课程的兴趣，可提高教学效果和学生的学习成绩。
【关键词】飞机空气动力学实验教学改革【中图分类号】V221 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2021）41-0115-02一、课程基本情况《飞机空气动力学》课程是我校飞行学生必修的一门核心航空理论课程，在人才培养方案中属于专业背景课程模块。
通过该课程的学习，使学生掌握空气动力学的基本概念和基本理论，可为后续的其他专业背景课程提供理论基础，具有奠基作用。
学生通过课程学习，了解空气动力学的发展趋势及其在飞行实践活动中的意义和价值，理解空气动力学的基本概念，掌握空气动力学的基本原理和计算分析方法，做到能够理论联系实际，掌握运用理论指导实践的方法，培养分析和解决飞行实践活动实际问题的能力，养成科学的思维习惯和勇于实践的创新精神[1]。
二、实验教学的特点飞机空气动力学课程主要介绍气流的流动以及空气与飞机相对运动时的气动特性。
气流的流动在现实生活中不是很容易观察，而空气动力学中又有很多的公式原理等，这就造成了空气动力学理论比较抽象，理解起来有困难。
而通过实验观察流动现象、验证基本定理和基本概念就容易让学生接受。
因此，实验教学在飞机空气动力学课程中的地位就显得尤为重要，不可或缺[2-4]。
1.实验教学可帮助学生加深对所学内容的理解。
学生可通过实验观察分析空气的流动状况，如果在实验中给空气加入颜色，并在激光发生器的配合下，空气的流动状态便一目了然。
可能不需更多的讲解，学生一看就能明白空气的流动情况。
同时，通过数据采集系统，可将测量的气动力以数据的形式显示在屏幕上，学生可直观的感受到气动力的大小和变化规律。
南京航空航天大学直升机空气动力学基础经典课件——前飞理论PPT文档共27页
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
南京航空航天大学直升机空气动力学 基础经典课件——前飞理论
1、纪律是管理关系的形式。——阿法 纳西耶 夫 2、改革如果不讲纪律，就难以成功。
3、道德行为训练，不是通过语言影响 ，而是 让儿童 练习良 好道德 行为， 克服懒 惰、轻 率、不 守纪律 、颓废 等不良 行为。 4、学校没有纪律便如磨房里没有水。 ——夸 美纽斯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而
实验空气动力学
目录目录 (I)绪论 (1)0.1 实验流体力学的研究内容与方法 (1)0.2 本课程的主要内容 (2)第一章风洞实验内容简介 (4)1.1 风洞实验分类 (4)1.2 各种风洞实验的介绍 (4)1.3 风洞实验一些基本要求 (9)第二章相似理论 (11)2.1 相似和相似定理 (11)2.2 量纲分析 (15)2.3 相似理论的应用 (23)思考题和习题 (32)第三章风洞 (34)3.1 风洞的类别 (34)3.2 低速风洞 (35)3.3 超音速风洞 (45)3.4 跨音速风洞 (54)3.5 高超音速风洞和超高速风洞 (58)思考题和习题 (61)第4章气动力天平 (63)4.1 机械式天平 (63)4. 2 应变式天平 (69)4.3 气动力天平的校准 (81)4.4 气动方天平的性能术语 (84)4.5 磁悬挂天平 (85)4.6 坐标轴系及其转换 (87)思考题和习题 (89)第五章气流参数测量 (91)5.1 静压和总压测量 (91)5.2 温度测量 (100)5.3 气流速度、方向和紊流度测量 (107)5.4 噪声测量 (123)5.5 数据采集系统简介 (126)思考题和习题 (129)第6章风洞模型实验 (130)6.1 实验大纲的制定 (130)6.2 模型设计 (132)6.3 全机模型测力实验 (142)6.4 小压强分布实验 (151)6.5 动量法实验 (154)6.6 地面效应实验 (157)6.7 模型实验中的人工转捩 (158)6.8 半模型实验 (159)6.9 铰链力矩实验 (160)思考题和习题 (161)第7章流动显示 (162)附录 (163)附录Ⅰ空气动力学家生平 (163)附录Ⅱ空气动力学中常用的有量纲物理量的SI单位和量纲 (167)附录Ⅲ标准大气数据数据和常用的关系式 (168)附录IV 水的密度和粘度 (169)附录Ⅴ单位的换算系数 (169)附录Ⅵ风洞流场品质参考指标 (174)绪论0.1 实验流体力学的研究内容与方法实验流体力学对于空气动力学的发展和各种飞行器的研制，起着决定性的作用。
01-悬停飞行空气动力学
第二节 悬停飞行空气动力学 的解题方法
动量方法 叶素方法 动量——叶素组合方法
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Nanjing University of Aeronautics & Astronautics
直升机技术研究所
Institute of Helicopter Technology
一 动量方法
即：旋翼上面为吸压，下面为增压，且增压值 为吸压的3倍。若由桨盘上、下的静压差来计算旋 翼拉力，则得 与动量分析所得结果相同。
讨论：应用柏努利方程为何要分别针对上下两段滑流
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直升机技术研究所
直升机技术研究所
Institute of Helicopter Technology
参考书目
1 直升机性能及稳定性和操纵性(Helicopter Performance, Stability, and Control ) 美：Raymond W.Prouty（主要参考书） 2 直升机理论（Helicopter Theory） 美：Wayne Johnson 3 Principles of Helicopter Aerodynamics 美： J. Gordon Leishman
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教学方法
讲授为主： 基本问题 数学表达 结果
解题思路 物理含义 讨论
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南京航空航天大学 空气动力学课件第一章
流体力学的基本任务
流体力学是研究流体与周围物体存在相 对运动时的运动规律和力的作用的科学 研究对象：与物体相对运动流体 探寻流体运动的基本规律 研究流体与固体之间的相互作用 应用流体力学规律解决工程技术问题 预测流体力学新的发展方向
第一章 流体力学的基础知识
Claude-Louis Navier (1785 –1836)
Sir George Gabriel Stokes Osborne Reynolds 1st Baronet FRS (1842–1912) (1819–1903)
Nikolai Y. Zhukovsky (1847 –1921)
Martin Wilhelm Kutt (1867-1944)
理论分析方法
流动的模型化——问题的抽象表达
找出主要因素，忽略次要因素
控制方程的建立与解算 后处理和分析 有助于揭示问题的内在规律 未计及因素的修正 仅适用于简单问题
数值计算方法
求解方法多样化
有限差分(FDM)、有限元(FEM)、有限体积 方法(FVM)、谱方法
流体的密度
流体微团 在连续介质的前提下流场中任取一点B
dv dm 微团体积 微团质量
其密度为
dm lim dv0 dv
流体的压强
气体分子在碰撞或穿过取定的表面时， 单位面积上所产生的法向力
dA 微团面积元的大小
该点压强为 dF p lim dA0 dA
dF
dA一侧的法向力
主要研究方法
南京航空航天大学实验空气动力学实验报告
南京航空航天大学实验空气动力学实验报告班级：学号：姓名：目录1.实验一:低速风洞全机模型测力实验 ............................................................................ - 1 -1.1实验目的： ........................................................................................................... - 1 -1.2实验设备： ........................................................................................................... - 1 -1.3实验步骤： ........................................................................................................... - 1 -1.4实验数据 ............................................................................................................... - 2 -1.5数据处理 (3)1.6结果分析: (5)2.实验二：天平实验观摩实验 (6)2.1塔式天平的原理图 (6)2.2各类天平的比较 (6)3.实验三：风洞测绘实验 (7)3.1 0.75米低速开口回流风洞 (7)3.2.二维低速闭口直流风洞 (7)3.3风洞主要部件的作用 (8)1.实验一:低速风洞全机模型测力实验1.1实验目的：全机模型测力实验是测量作用在标准飞机模型上的空气动力和力矩，为确定飞机气动特性提供原始数据。
飞行器空气动力学实验技巧展示
飞行器空气动力学实验技巧展示飞行器空气动力学是航空领域中的一个重要分支，研究飞机在空气中的运动规律和性能。
在实际应用中，通过各种实验来验证理论模型的准确性和优化设计方案。
本文将介绍一些常见的飞行器空气动力学实验技巧，以及实验过程中需要注意的事项。
一、空气动力学实验的基本原理飞行器空气动力学实验主要基于空气动力学理论，通过在实验室或飞行试验中模拟真实飞行环境，收集相关数据进行分析。
其中，最常用的实验手段包括气动力测量、气流场观测和流动可视化等。
二、气动力测量1. 空气动力测量的方法气动力测量是实验中最重要的内容之一，它可以直接反映出模型或飞行器在空气中的受力情况。
常见的气动力测量方法有压差法、若干力测量法和动力学测量法等。
其中，压差法是最常见的方法之一，通过在飞行器表面放置压力传感器，测量压力分布并计算出气动力。
2. 压力传感器的选择与布置在实际测量中，选择合适的压力传感器非常重要。
传感器的灵敏度和准确性需考虑到实验精度的要求。
此外，传感器的布置也需要注意，应尽量均匀地覆盖整个飞行器表面，以获得准确的气动力数据。
三、气流场观测1. 气流场观测的方法气流场观测是实验中另一个重要的内容，它可以帮助研究人员了解飞行器周围的气流状态。
常见的气流场观测方法有静态压力测量法、热线法和激光测量法等。
其中，静态压力测量法是最常用的方法之一，通过测量空气的压力分布，可以了解到气流的速度和方向等信息。
2. 测量设备的选取和校准在进行气流场观测时，需要选择合适的测量设备。
常见的设备包括静压探针、热线传感器和激光测量仪器等。
这些设备在使用前需要进行校准，确保其准确性和稳定性。
四、流动可视化1. 流动可视化的方法流动可视化是一种直观地观察飞行器周围气流状态的方法。
常见的流动可视化方法有烟雾法、油膜法和红外线热像法等。
其中，烟雾法是最常用的方法之一，通过在飞行器上方喷洒烟雾，观察烟雾的流动情况可以获得气流的流向和强度信息。
2. 可视化效果的判断与分析在进行流动可视化实验时需要注意观察效果的判断与分析。
流体力学空气动力学第四章节a
音速定义
等熵
dp / dρ = a2 = γ p ρ
完全气体
dp / dρ = a2 = γ p = γRT ρ
无粘可压流动的控制方程
连续方程
∂ ∂t
∫∫∫V
ρdV
+
∫∫S
ρVv
•
v dS
=
0
动量方程
∂ ∂t
∫∫∫V
(
ρdV
v )V
+
∫∫S
(
= ∫∫∫V ρfvdV + ∫∫S −
ρVv •
T 绝热过程 可逆过程 等熵过程——既绝热又可逆 问题：那些流动现象为不可逆过程
粘性耗散、热传导、质量扩散
热力学第二定律
ds = δqrev +
T
dsirrev ≥ 0
dsirrev ds ≥
δqrev
T
对于绝热系统 ds ≥ 0
完全气体的熵的变化
ds = δq = 1 [de + pd (1/ ρ )]
阻力骤增现象
Prandtl喷管和绕各种物体的超音速流动中的激波照相捕捉
Ackeret超音速风洞设计
火箭与脉冲推进技术
向高Mach数冲击
1935, Curtiss P-40 Kittyhawk
300mph(M0.4)
14/10/1947, Bell X-1,
C.E. Yeager, M1
这里未作任何绝热或等熵以及完全气体的假设！
热力学基本原理
完全气体
分子体积远小于分子间距 仅考虑弹性碰撞 忽略分子间的引力势能
热完全气体的Clapeyron方程
p = ρRT
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空气动力学实验指导书
大攻角飞行器侧向力产生机理实验
一实验目的
1）大攻角细长旋成体前体非对称涡系及其侧向力控制，是航空航天领域中的重要而经典的研究课题。
作为飞行器设计和流体力学专业的学生，学习和了解本学科的前沿课题是十分必要的。
通过实验，了解细长旋成体在大攻角时侧向力的变化特性，特别是要明白侧向力产生的物理机制以及如何控制侧向力等重要问题。
2）学习和掌握风洞模型测力实验
二实验仪器和设备
1）1米低速风洞回流风洞
细长旋成体模型的试验，是在南京航空航天大学空气动力学系非定常回流低速风洞进行。
该风洞是国内首座非定常风洞，通过水平并列旁路加上非定常流动控制机构实现试验段的非定常流场。
在作为定常风洞使用时具有低湍流度（0.05%）、低噪声（75dB）等特点。
开口实验段为矩形1.5×1米，实7验段长度1.7米，湍流度0.5‰，最大风速是30米/秒，最低稳定风速为0.5米/秒。
风洞整体布局见图-1。
2）模型姿态角控制系统
模型姿态角控制系统由系统底盘、水平圆盘转台、弯刀支架、齿轮减速箱、步进电机和驱动器以及控制计算机组成。
由步进电机通过齿轮减速箱驱动圆盘转台、弯刀支架做旋转运动，两者的旋转中心与天平的校心重合。
该系统可分别和同时改变迎角α和侧滑角β，其控制精度优于2´，迎角α可做360º旋转，侧滑角β变化范围在-8º～30º。
内置式天平通过天平杆固定在弯刀支架上，如图-2所示。
3）细长旋成体模型（小模型，用于1米低速风洞试验）
低速风洞测力模型的前段为尖拱型的锥柱体，长细比为2，后段为等直径段圆柱体（D=62mm），模型全长L=700mm，长细比L/D=11.3，模型采用硬铝材料加工。
模型采用尾支撑方式，模型后段内部装有外径为24mm的六分量测力天平及天平尾撑杆，并通过弯刀支架安装在圆盘转台上，转台由步进电机驱动可做360º水平旋转，用来改变模型的攻角。
4）压力传感器
在模型X／D=3.2，周向角φ=±120º处开了两个内径为1mm的静压孔。
在模型内部装
有压力传感器，并将两个静压孔通过橡胶导管连接到传感器的输入正端和输入负端，压力传感器的输出信号用示波器进行监视。
数字电压表可以记录压力传感器的输出信号电压值。
三实验原理与方法
大攻角时飞行器背风区的流动结构是十分复杂的，建设一套包含应用现代流场图像显示和测试技术，辅以模型表面测压、气动天平直接测力等实验技术的风洞前体模型吹风实验验证系统，可以从多种角度直观而有效的阐明该现象的物理本质。
大攻角飞行器侧向力产生机理综合实验系统具备以下特点：
1）实验操作非常简单，所有操作均可在计算机上完成，如调节风洞实验风速、改变模型攻角、激光片光发射探头三维空间移动、图像实时采集记录，模型表面压力和模型气动力的数据采集和实时图形方式显示等。
将显著缩短实验周期，提高实验效率。
2）风洞实验时角度控制机构可连续改变模型攻角（0~90º），同时进行模型背风区涡系的激光片光流场显示，动态分析仪和数据采集系统也可同时记录和分析模型表面压力信号和天平测力结果，展示大攻角飞行器侧向力的产生过程。
整套系统包括连续激光片光全流场扫描显示子系统一套，内式气动天平测力子系统一套，细长旋成体风洞实验模型一个，模型表面测压子系统一套，数字图像显示记录系统一套。
四实验步骤
1）记录实验时，实验室的环境温度（T= ）和大气压力（Pa= mmHg）；
2）风洞实验操在计算机上完成，双击风洞图标后，按照提示，设定名义实验风速V=10米/秒；
3）检查风洞实验段模型是否安装牢固，实验段内有无异物，确认安全后，按ENTER键开风。
风洞风速稳定后，记录风洞的落差压力；
4）风洞实验时角度控制机构可连续改变模型攻角（0~90度），天平测力系统可以记录模型气动力的测力数据结果文件；
5）采用数字电压表记录不同攻角时压力传感器的输出信号电压值。
α=0°~90°，Δα=5°
五实验数据处理
1）根据实验室的环境温度和大气压力计算风洞实验段的实际风速
风速与动压计算公式：
θμρρsin 2L g K V ye ∆=∞
（m/s ） θρμρsin 212
L g K V q ye ∆==∞∞
（Pa ） 式中空气密度可由下式计算：
C t mmHg P a +=15.273)
(4645.0ρ
（kg/m 3） 2） 计算模型表面的差压系数 Cp=2
21)(∞∞-U P P ρ
3） 采用绘图软件绘制模型纵向气动力曲线
4） 采用绘图软件绘制模型表面差压随攻角的变化曲线
六 实验结果分析。