空气动力学基础

层很薄的流体 (称边界层 )内，粘性力才是重要的，才
是必须考虑的。这样就可以把整个流动分成两部分来 处理：远离物面的大部分地区可以用无粘的理论作计 算，而贴近物面的一层流体的流动需要作粘流计算。
普朗特:1875年2月4日出生于德国。从小对物理学、 机械和仪器特别感兴趣。 1904年普朗特在德国海德尔 堡第三次国际数学年会上发表了著名的关于边界层概
的绕流图画进行研究，只要前方气流速度V是常数，空
气流过物体的绕流图画就不随时间变化。
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风洞
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X-48B 翼身融合体飞机，来自美国宇航局和波音
公司鬼怪工程部共同合作研发的新一代翼身融合体飞
机，这种战斗机更实用，能产生更大的升力、更小的
阻力，油耗更低，有望成为未来更节能、更安静的飞
阿基米德简介
阿基米德简介
阿基米德的名著《论浮体》是公元前250年最早的 关于流体力学的著作。流体静力学的基本原理（水的
浮力原理），即物体在液体中减轻的重量，等于排去
液体的重量，后来以“阿基米德原理”著称于世，并
由此开创了流体静力学的研究。
阿基米德简介
2、公元以后至17世纪的定性描述
« Eddas 文学集 »纪录了一 个源于五世纪北欧的古代神话 故事。故事说的是有一个以制 造兵器为职业的铁匠 Wayland ， 他制造了一套可以穿在身上的 飞行翅膀。
气流分离。亚音速飞机的最大飞行速度一般以临界
马赫数为限。
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跨音速情况下飞行的战斗机
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当飞机飞行速度接近音速时，周围的流动态会发 生变化，出现激波或其它效应，会使机身抖动，超音 速战斗机突破音障瞬间、失控，甚至空中解体，并且
还可产生极大的阻力，使难以突破 M=1 的速度。人们
克斯方程或N-S方程。
4、19-20世纪粘性流体力学的发展
英国工程师兼物理学家雷诺 在 1883 年试验粘性流体在小直径 圆管流动时，发现实际流动有两
种流态，分别称为层流和湍流，
相应的阻力规律也不同，决定流 态的是一个复合参数，该参数此 后被称为雷诺数。
1904 年普朗特提出了边界层理论。他认识到虽然 所有的实际流体都是有粘性的，但，离开物体表面很 远的地方粘性力基本上不起作用，只在物面附近，一
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空气动力学基础和飞行原理
绪论
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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、对缺课1/3的同学不得参加考试 4、按时独立完成作业 5、平时成绩（作业和出勤）占20% 6、两次测验占20% 7、期末考试占60%
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绪论
一、物质形态与流体力学定义
欧拉 :瑞士数学家 .欧拉是世界史上最伟大的数学 家之一.他从19岁就开始著书，直到76岁高龄仍继续写 作.几乎每个数学领域，都可以看到欧拉的名字 .如初
等几何的欧拉线、多面体的欧拉定理、立体解析几何
的欧拉变换公式、四次方程的欧拉解法、数论中的欧 拉函数、微分方程的欧拉方程、级数论中欧拉常数、 变分学的欧拉方程、复变函数论欧拉公式等。
而机翼下方是平的，机翼下方的流线疏密程度几 乎没有变化，所以机翼下方那个的气流速度和机翼前 方基本相同。通过机翼以后，气流在后缘又重新合成 一股。根据气流连续性原理和伯努利定理可以得知， 机翼下表面受到向上的压力比机翼上表面受到向下的 压力要大，这个压力差就是机翼产生的升力。
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亚音速情况下飞行的战斗机
达朗贝尔:法国著名的物理学家、数学家和天文学 家，一生研究了大量课题，完成了涉及多个科学领域 的论文和专著.1743年在《动力学》一书中，达朗贝尔
提出了达朗贝尔原理，把动力学问题转化为静力学问
题处理，还可以用平面静力的方法分析刚体的平面运 动，这一原理使一些力学问题的分析简单化，而且为 分析力学的创立打下了基础。
李白：
大鹏一日同风起，扶摇直上九万里。
假令风歇时下来，犹能簸却沧溟水。
世人见我恒殊调，闻余大言皆冷笑。 宣父犹能畏后生，丈夫未可轻年少。
达.芬奇:意大利文艺复兴时期的科学和艺术全才
他是一位名律师和农家女子的私生子，小时侯虽然没
有受过正式的教育，主要在家随父亲读书自学，但从小勤
奋学习，才智过人，思维敏捷，很快在许多方面做出了令
莱布尼茨 : 德国著名的哲学家和数学家 , 在许多领域做 出不同凡响的成就。 在数学方面最大的成就是发明了微积分，今天微积分
中使用的符号是莱布尼慈提出的。后来为了与牛顿争发明
权问题，他们之间进行了一场著名的争吵。莱布尼慈自定 发明权时间1674年，牛顿1665-1666年。这场争论使英国与 欧洲大陆之间数学交流中断，严重影响了英国数学的发展。
的数学院士。8年后回到瑞士的巴塞尔，先任解剖学教授，
后任动力学教授，1750 年成为物理学教授。在1725～ 1749 年间，伯努利曾十次荣获法国科学院的年度奖。
1755年瑞士数学家欧拉建立了理想不可压流体 运动的微分方程组（欧拉方程）。六年后，拉格 朗日引入流函数的概念，建立了理想流体无旋运 动所满足的动力学条件，提出求解这类运动的复 位势法。
三 、空气动力学的发展进程简介
1、公元前的认识（浮力定理）
2、公元以后至17世纪的定性描述
3、17-20世纪理想流体力学的发展
4、19-20世纪粘性流体力学的发展
5、空气动力学的发展
1、公元前的认识（浮力定理）
在中国的春秋战国时期（公元前 770-221 ） ,中国 先农开始兴建大型水利工程，包括灌溉工程、运河工 程和堤防工程。当时比较大的灌溉工程有：芍陂 (楚 相孙叔敖) 、都江堰和郑国渠。其中，芍陂和都江堰 历经两千多年，至今仍再发挥作用。当时对水流运动 特性已有足够的认识。
空气动力学 ---研究空气处于平衡和机械 运动规律及其应用的学科。 空气动力学是流体力学的一个分支，它 是从流体力学发展而来。空气动力学是物理 学的一个分支。
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二、空气动力学的研究对象
相对飞行原理（空气动力学实验原理） 当飞机以速度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。
微积分问世后，流体成为数学家们应用微积分 的最佳领域。 1738 年伯努利出版了“流体力学” 一书，将微积分方法引进流体力学中，建立了分 析流体力学的理论体系，提出无粘流动流速和压 强的关系式，即伯努利能量方程。
伯努利:瑞士物理学家、数学家、医学家。 1700 年 2 月8 日生于荷兰格罗宁根。著名的伯努利数学 家族中最杰出的一位。在25岁时就应聘为圣彼得堡科学院
机的代表。
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机翼绕流流场
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机翼绕流流场
当气流迎面流过机翼的时候，机翼同气流方向平 行，原来是一股气流，由于机翼的插入，被分成上下 两股。在翼剖面前缘附近，气流开始分为上、下两股 的那一点的气流速度为零，其静压值达到最大。这个 点在空气动力学上称为驻点。对于上下弧面不对称的 翼剖面来说，这个驻点通常是在翼剖面的下表面。
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相对飞行原理，为空气动力学的研究提供 了便利。人们在实验研究时，可以将飞行器模 型固定不动，人工制造直匀气流流过模型，以 便观察流动现象，测量模型受到的空气动力， 进行试验空气动力学研究。
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在理论上，对飞行器空气绕流现象和受力情况进
行分析研究时，可用固接在飞行器上的观察者所看到
4、19-20世纪粘性流体力学的发展
19世纪人们开始认识粘性 流体动力学的基本问题。 1826 年法国工程师纳维将欧 拉流体运动方程加以推广， 加入了粘性项，导出了粘性
流体运动方程。
4、19-20世纪粘性流体力学的发展
1845 年爱尔兰数学家斯托 克斯（1819～1903)在剑桥大学 从另外不同的出发点，也导出 了粘性流体运动方程。现在粘 性流体运动方程称为纳维-斯托
1783 年 10 月 29 日，这位为人们留下了无限光明的 科学巨星悄然远逝。这一天，伟大的达朗贝尔永远的 离开了世界，永远的离开了他为之奉献终生的科学。
他的很多研究成果记载于《宇宙体系的几个要点研究》
中。达朗贝尔生前为人类的进步与文明做出了巨大的 贡献，也得到了许多荣誉。但在他临终时，却因教会 的阻挠没有举行任何形式的葬礼。
根据传说，Wayland制成他的第一套飞行翅膀后，就
开始同他的兄弟Egil一同进行实验，也就是作一次试飞。
他兄弟问他，“我应当怎么办呢？我在这方面一点也不 懂”。 Wayland 缓慢地强调说道：“顶着风飞，你就容易 升高向上，以后，当你下降的时候，要顺着风飞扬”。 Egil按照他的话穿好羽毛衣裳，并且立刻高飞在空中，迅 速得象鸟一样。
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3、17-20世纪理想流体力学的发展
牛 顿 : 英 国 著 名 的数学家和物理学家 , 1686 年完成 “自然哲学之数学原理”，提出了流体运动的内摩擦定律。 牛顿是人类史上最伟大的天才：在数学上，发明了微
积分；在天文学上，发现了万有引力定律，开辟了天文学
的新纪元；在力学上，总结了三大运动定律，建立了牛顿 力学体系；在光学上，发现太阳光的光谱，发明了反射式 望远镜。
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机翼绕流流场
在驻点处气流分差后，上面的那股气流不得不想 要绕过前缘，所以它需要以更快的速度流过上表面。 由于机翼上表面拱起，使上方部那股气流的通道变窄， 机翼上方的气流截面 要比机翼前方的气流截面小， 流线比较密，所以机翼上方的气流速度大于机翼前方 的气流速度。
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机翼绕流流场
把这种现象称之为音障。
Folie15源自文库
超音速飞机进行亚音速飞行时，除某些动作受到
性能限制外，主要是为了省油，并可用于起飞、爬升、
巡航、待机、下滑返航、着陆、编队和某些特技飞行
等。
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跨音速情况下飞行的战斗机
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跨音速情况下飞行的战斗机
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跨音速情况下飞行的战斗机
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人惊叹的成绩。
达.芬奇:意大利文艺复兴时期的科学和艺术全才
他是一位思想深邃，学识渊博，多才多艺的画家、寓
言家、雕塑家、发明家、哲学家、音乐家、医学家、生物 学家、地理学家、建筑工程师和军事工程师。他是一位天 才，他一面热心于艺术创和理论研究，研究如何用线条与 立体造型去表现形体的各种问题；另一方面他也同时研究 自然科学。
二、空气动力学的研究对象
三、空气动力学的发展进程简介 四、空气动力学的分类 五、空气动力学的研究方法 六、量纲与单位的概念
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一 、物质形态与流体力学定义
物质存在的三种状态： 固态----相对应的为固体 液态----相对应的为液体 气态----相对应的为气体
由物质内部微观结构、分子热运动、分子之间的 作用力决定的。
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音速是指声音在空气中传播的速度。高度不同，
音速也就不同。在海平面，音速约为 1225 公里 / 小时。
在航空上，通常用M(即马赫)来表示音速，M=1即为音
速的1倍；M=2即为音速的2倍。
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飞行器以马赫数小于0.8的速度在大气中的飞行 是亚音速飞行。 飞行器在作亚音速飞行时无激波产 生，这时影响其空气动力特性的主要因素是粘性和
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固体---具有固定的形状和体积。 在静止状态下，可以承受拉力、压力和剪切力。
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液体---具有固定的体积，无固定的形状。在静止状 态下，只能承受压力，几乎不能承受拉力和剪切力。
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气体---无固定的体积，也无固定的形状。在静止状 态下，只能承受压力，几乎不能承受拉力和剪切力。
芍坡
郑国渠
都江堰
阿基米德简介
古希腊学者，阿基米德在数学、物理学、天文学等方 面做出了重要贡献。主要论著：论平板的平衡、论浮体； 阿基米德是整个历史上最伟大的数学家之一，后人对 阿基米德给以极高的评价，常把他和牛顿、高斯并列为有 史以来三个贡献最大的数学家。在流体力学方面，他发现 了水的浮力原理。
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流体---液体和气体的统称（具有的特点是易流动性, 在静止状态下不能承受剪力。） 力学---研究物体处于平衡和机械运动规律及其应用的 学科称为力学。 固体力学---研究固体处于平衡和机械运动规律及其应用的 学科。 流体力学---研究流体处于平衡和机械运动规律及其应用的 学科。
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