空气动力学基础02空气动力学
空气动力学基础 安德森 双语
空气动力学基础安德森双语引言空气动力学是研究空气对物体运动的影响的学科，它在航空航天工程、汽车工程、建筑设计等领域都有广泛的应用。
本文将以安德森的《空气动力学基础》为基础，通过双语方式探讨空气动力学的基本概念、原理和应用。
空气动力学概述什么是空气动力学•空气动力学是研究空气对物体运动的影响的学科。
•它主要研究空气动力学力学、空气动力学热力学和空气动力学光学等方面的问题。
空气动力学的应用领域•航空航天工程：研究飞机和火箭等飞行器的设计和性能。
•汽车工程：研究汽车的空气动力学性能，提高汽车的操控性和燃油经济性。
•建筑设计：研究建筑物的空气流动，改善室内空气质量和降低能耗。
空气动力学基本原理流体力学基础1.流体的定义：流体是指能够流动的物质，包括液体和气体。
2.流体的运动描述：流体的运动可以通过速度场和压力场来描述。
3.流体的运动方程：流体的运动可以由连续性方程、动量方程和能量方程描述。
空气动力学力学1.空气动力学力学的基本原理：空气动力学力学研究空气对物体的力学作用。
2.升力和阻力：升力是垂直于飞行器运动方向的力，阻力是与飞行器运动方向相反的力。
3.升力和阻力的计算：升力和阻力可以通过气动力系数和流体动力学原理进行计算。
空气动力学热力学1.空气动力学热力学的基本原理：空气动力学热力学研究空气对物体的热力学作用。
2.空气的物理性质：空气的物理性质包括密度、压力和温度等。
3.空气的热力学过程：空气的热力学过程可以通过气体状态方程和热力学原理进行描述。
空气动力学光学1.空气动力学光学的基本原理：空气动力学光学研究空气对光的传播和折射的影响。
2.折射现象：当光线从一个介质传播到另一个介质时，会发生折射现象。
3.折射定律：折射定律描述了光线在折射过程中的角度关系。
空气动力学的应用航空航天工程中的应用1.飞行器设计：空气动力学原理用于飞行器的气动外形设计和性能评估。
2.飞行力学：空气动力学原理用于飞行器的姿态控制和飞行性能分析。
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。
空气动力学的基础理论
空气动力学的基础理论空气动力学是研究物体在空气中运动的科学，它对飞行器设计与性能优化具有重要意义。
本文将从空气动力学的基础理论入手，介绍气动力、流体力学以及相关的实验方法。
一、气动力学基本概念气动力学是研究运动物体与周围气流相互作用的学科，其中重要的概念包括气动力和气动力系数。
气动力是指空气对物体施加的力。
根据牛顿第二定律，物体所受的气动力与其质量和加速度成正比，与气流速度和密度有关。
气动力可分为升力和阻力两个方向，其中升力垂直于气流方向，使飞行器产生升力；阻力平行于气流方向，使飞行器受到阻碍。
气动力系数是将气动力与流体的速度、密度、物体特性等无量纲化的比值，是空气动力学研究中常用的参考指标。
常见的气动力系数有升力系数、阻力系数、升阻比等。
二、流体力学基本原理在空气中运动的物体受到空气流体的阻力和升力的影响，因此了解流体的基本原理对于理解空气动力学至关重要。
1. 理想流体模型理想流体模型假设流体是无黏性、无旋转、不可压缩的。
在此假设下，流体的运动可以通过欧拉方程或伯努利方程来描述。
欧拉方程描述了流体中的速度和压力分布。
通过欧拉方程，可以研究不可压缩理想流体的运动状态。
伯努利方程描述了流体在不同区域的速度、压力和高度之间的关系。
伯努利方程表明，当流体速度增大时，压力将下降，反之亦然。
2. 边界层理论在实际气流中，流体的黏性导致了边界层的存在。
边界层是沿着固体表面形成的流速逐渐变化的一层流体。
边界层理论通过分析边界层的速度分布和压力分布，研究物体与流体之间的摩擦力和压力分布。
边界层厚度和摩擦阻力是设计飞行器时需要考虑的重要因素之一。
三、空气动力学实验方法实验方法在研究空气动力学中起着关键作用，通过实验可以验证理论模型，并为飞行器的设计和改进提供依据。
1. 风洞实验风洞实验是模拟真实空气流动场景的方法之一。
通过在风洞中放置模型，可以获得模型在不同风速下的升力和阻力等数据，从而分析空气动力学性能。
2. 数值模拟数值模拟是使用计算机模拟和解析相关方程来研究空气动力学。
空气动力学基本知识(二)
t 时刻
(a，b，c，t) 是拉格朗日变量， (a，b，c) 是拉 格朗日坐标，即 t 时刻质点的空间位置，用来对连 续介质中无穷多个质点进行编号，作为质点标签。
欧拉法
着重于研究空间固定点的情况
选定某一空 间固定点
记录其位 移、速度、 加速度等随 时间的变 化情况 流场的运 动情况
综合流场中 许多空间点 随时间的变 化情况
连续方程
1V1 A1 ห้องสมุดไป่ตู้2V2 A2
V1 A1 V2 A2 常数
单位时间流入控制体的质量 = 控制体内质量的增量
动量方程
dp vdv gdh 0
dp vdv 0
当气流沿流管增速时，其压力必然要降低，反之， 气体减速时，压力必然提高。
伯努利定理
1 2
v P P 0
•
欧拉法是描 述流体运动常用 的一种方法。
一、流体运动基本规律和基本方程
（三）、迹线、流线和流管
•
迹线 是同一流体质点 在不同时刻所形 成的曲线。是流 体质点运动的轨 迹，是与拉格朗 日观点相对应的 概念。
对不同的质点，迹线的形状可能 不同；对一确定的质点，其轨迹线 的形状不随时间变化。
流线是同一瞬时流场中 连续各点的流动方向线。
附面层分类
a.层流附面层 b.紊流附面层
低速附面层
本节课主要内容：
描述流体运动的两种方法 流体运动的若干基本概念 连 续 性 方 程 伯努利方程 动 附 量 面 方 层 程
一、流体运动基本规律和基本方程 （一）流场及其描述方法
1、流场 —— 充满运动流体的空间称为流场
一、流体运动基本规律和基本方程 2、描述流体运动的方法
着眼于流体质点，跟踪 质点描述其运动历程
空气动力学基础知识
空气动力学基础知识目录一、空气动力学概述 (2)1. 空气动力学简介 (3)2. 发展历史及现状 (4)3. 应用领域与重要性 (5)二、空气动力学基本原理 (6)1. 空气的力学性质 (7)1.1 气体状态方程 (8)1.2 空气密度与温度压力关系 (8)1.3 空气粘性 (9)2. 牛顿运动定律在空气动力学中的应用 (10)2.1 力的作用与动量变化 (11)2.2 牛顿第二定律在空气动力学中的体现 (13)3. 空气动力学基本定理 (14)3.1 伯努利定理 (15)3.2 柯西牛顿定理 (16)3.3 连续介质假设与流动连续性定理 (17)三、空气动力学基础概念 (18)1. 流体力学基础概念 (19)1.1 流速与流向 (20)1.2 压力与压强 (21)1.3 流管与流量 (22)2. 空气动力学特有概念 (23)2.1 空气动力系数 (25)2.2 升力与阻力 (26)2.3 空气动力效应与稳定性问题 (27)四、空气动力学分类及研究内容 (28)1. 空气动力学分类概述 (30)2. 理论空气动力学研究内容 (31)一、空气动力学概述空气动力学是研究流体（特别是气体）与物体相互作用的力学分支，主要探讨流体流动过程中的能量转换、压力分布和流动特性。
空气动力学在许多领域都有广泛的应用，如航空航天、汽车、建筑、运动器材等。
空气动力学的研究对象主要是不可压缩流体，即流体的密度在运动过程中保持不变。
根据流体运动的特点和流场特性，空气动力学可分为理想流体（无粘、无旋、不可压缩）和实际流体（有粘性、有旋性、可压缩）两类。
在实际应用中，理想流体问题较为简单，但现实生活中的流体大多具有粘性和旋转性，因此实际流体问题更为复杂。
空气动力学的基本原理包括牛顿定律、质量守恒定律、动量守恒定律、能量守恒定律等。
这些原理构成了空气动力学分析的基础框架，通过建立数学模型和求解方程，可以预测和解释流体流动的现象和特性。
《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。
空气动力学基础知识
分类：
低速 亚声速 跨声速 超声速（高超）
稀薄气体空气动力学、气体热化学动力学、电磁流体力 学等
工业空气动力学
研究方法：
（1）流体微团： 空气的小分子群，空气分子间的自由行程与飞行器相 比较 太小，可忽略分子的运动
（2）流线：
一、流场（续）
（3）流管：
多个流线形成流管
管内气体不会流出
管外气体也不会流入，不同的截面上，流量相同
（4）定常流：
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
（5）流动的相对性
质量守恒原理在流体力学中的应用
或写成：
d dV dA0 V A
VAm(常数)
在连续V小方、程小：范围内常 数 ， d0 A大，V小
VA常数 A小，V大
三、伯努里方程（能量守恒定律）
在低速不可压缩的假设下，密度为常数
伯努里方程： 其中：p-静压，
p1V2 C(常数)
2
1/2V2 — 动压，单位体积的动能，与高
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.升降舵偏转角e
后缘下偏为正，产生正升力，正e产生负俯仰力矩M 2.方向舵偏转角r 方向舵后缘左偏为正，
正r产生负偏航力矩N 3.副翼偏转角a
右副翼后缘下偏 (左副翼随同上偏)为正 正a产生负滚转力矩L
五 、弹飞行运动的特点
刚体飞机，空间运动，有6个自由度：
三质、心飞x、行y、器z线运运动动的（自速度由增度减，升降，左右移动）
空气动力学基础 ppt课件
第二章 第 5 页
空气动力学基础
相对气流方向
自然风方向
运动方向
第二章 第 6 页
●空气动力学基础
只要相对气流速度相同，飞机产生的空气动力就相同。
第二章 第 7 页
●空气动力学基础
直流式风洞
第二章 第 8 页
回流式风洞
●空气动力学基础
第二章 第 9 页
●空气动力学基础
第二章 第 10 页
空气动力学基础
迎角就是相对气流方向与翼弦之间的夹角。
第二章 第 11 页
●空气动力学基础
第二章 第 12 页
●空气动力学基础
平飞中，可以通过机头高低判断迎角大小。而其他飞 行状态中，则不可以采用这种判断方式。
第二章 第 21 页
空气动力学基础
流体流过流管时，在同一时间流过流管任意截面的 流体质量相等。
质量守恒定律是连续性定理的基础。
第二章 第 22 页
●空气动力学基 础
1
A1,v1
2 A2,v2
单位时间内流过截面1的流体体积为 v 1 A 1
单位时间内流过截面1的流体质量为1 v1 A1
同理，单位时间内流过截面2的流体质量为 2 v2 A2
P0
—总压（全压），它是动压和静压之和。总压可以理解为， 气流速度减小到零之点的静压。
第二章 第 27 页
●空气动力学基础 同一流线： 总压保持不变。 动压越大，静压越小。 流速为零的静压即为总压。
第二章 第 28 页
●空气动力学基础 同一流管： 截面积大，流速小，压力大。 截面积小，流速大，压力小。
2空气动力学基础-第2章 流体动力学
§2.1.3 流线、流管、流面与流量
人们希望用一些曲线将流场上的流动情况表现出来。在某一 瞬间看流场的话，从某点出发，顺着这一点的速度指向画一 个微小的距离到达邻点，再按邻点在同一瞬间的速度指向再 画一个微小距离，一直画下去便得一条曲线。这条某瞬时的 空间曲线，其切线都和该点的微团速度指向相一致。这样的 空间曲线称为流线，这样的线可以画无数条。
§2.1.1 拉格朗日方法与Euler方法
流体质点的其它物理量也都是 a,b,c,t 的函数。例如流体 质点（a,b,c）的温度可表为T(a,b,c,t) 2、Euler方法（Euler方法，空间点法，流场法） •Euler方法的着眼点不是流体质点而是空间点。考察不同流 体质点通过空间固定点的流动行为，通过记录不同空间点流 体质点经过的运动情况，从而获得整个流场的运动规律。 •在固定空间点看到的是不同流体质点的运动变化，无法像 拉格朗日方法那样直接记录同一质点的时间历程。
p p( x, y, z, t ),
( x, y , z , t , )
T T ( x, y , z , t )
§2.1.1 拉格朗日方法与Euler方法
如果场只是空间坐标的函数而与时间无关则称为定常场， 否则为非定常场，例如，定常速度场的表达为：
u u ( x, y, z ), v v( x, y, z ), w w( x, y, z )
注意上式并非全导数的表达（在微积分中当复合函数 只是一个自变量 t 的函数时才有全导数），因为在Euler观 点下 x、y、z 等与时间 t 无关，不能写出 dx/dt 的表达。
§ 2.1.2 Euler法的加速度表达式
算子： u v w t x y z Material derivative：往往用D/Dt这样一个符号来表示。 这个导数称为随流体运动的导数，或称随体导数、实质导 数或物质导数。
空气动力学基础原理与应用
空气动力学基础原理与应用空气动力学是研究空气流动对物体运动和空间结构影响的学科，它是现代工程学和航空航天工程的重要组成部分。
在工程和技术应用中，空气动力学被用于设计和优化飞行器、汽车、摩托车、建筑物、桥梁等结构。
本文将介绍空气动力学的基础原理和应用。
一、气体动力学基础气体动力学是空气动力学的基础，研究气体的流动和力学特性。
气体的动力学性质包括压力、密度、速度和温度等参数，这些参数随着空气流动而发生变化。
气体的流动可以分为层流和湍流两种状态。
在层流状态下，气体流动沿着一条直线或曲线运动，并具有稳定和预测性。
在湍流状态下，气体流动呈现为混沌状态，具有不可预测性和不规则性。
二、空气动力学的基本原理空气动力学的基本原理包括如下几个方面：1、伯努利定理伯努利定理是空气动力学的核心原理之一，它描述了气体在不同速度下的压力变化规律。
伯努利定理认为，在气体流动过程中，流速越大，压力越低，反之亦然。
在翼型表面上，气流在表面上方流动的速度比表面下方流动的速度快，因此表面上方的压力低于表面下方的压力。
这种压力差产生的升力是翼型飞行的基础。
2、牛顿定律牛顿定律是描述力学系统的基本原理之一。
在空气动力学中，牛顿定律用于分析物体在气流中运动的动力学行为。
牛顿第一定律认为，除非受到外力的作用，物体将保持匀速直线运动或静止状态。
牛顿第二定律则描述了物体在受到外力作用下的加速度。
在空气动力学中，牛顿定律用于分析物体在气流中所受的阻力和升力。
3、概率论及分布函数在空气动力学中，概率论和分布函数应用十分广泛。
概率论和统计学方法被用于研究气体流动的随机过程和不确定性。
分布函数则用于描述气体动力学参数的变化情况，如速度、压力、密度等参数的空间和时间分布情况。
三、空气动力学的应用空气动力学的应用范围十分广泛，包括下列几个方面：1、航空航天工业航空航天工业是空气动力学的主要应用领域之一。
在飞行器设计和优化中，空气动力学可以帮助设计师选择和优化翼型和飞行速度等参数，以达到最佳的升阻比和燃料效率。
第二章 空气动力学 空气动力学
机翼后掠角
2.3 机体几何外形和参数
机翼相对机身的安装 位置
安装角：机翼弦线与 机身中心线之间的夹 角。机翼的安装角为 正，前缘上偏。40 机翼相对机身中心线 的高度位置： 伞式单翼 上单翼 中单翼 下单翼
2.3 机体几何外形和参数
上反角和下反角：机 翼底面与垂直机体立 轴平面之间的夹角， ψ。 翼尖上翘为上反角 翼尖下垂为下反角 纵向上反角：机翼安 装角与水平尾翼安装 角之差。一般水平安 定面的安装角为负， 前缘下偏。
2.2 流体流动的基本规律
A1v1 A2v2 1 1 2 2 p1 v1 p2 v2 2 2
结合连续方程和伯努利方程可以得出结论： 不可压缩、理想流体定常流动时，
在管道剖面面积减小的地方，流速增大，流体 的动压增大，静压减小。 在管道剖面面积增大的地方，流速减小，流体 的动压减小，静压增大。
经机翼上翼面的流管收缩，切面积变小。下翼面 的流管扩张，切面变大。据连续性定理可知，上 翼面的空气流速大于来流的流速。下翼面的气流 流速小于来流流速。 据伯努力定理可知，上翼面处气流的静压低于来 流大气压强，而下翼面静压大于来流大气压强。 作用在机翼上、下表面的压强差的总和在垂直于 相对气流方向的分力，就是机翼产生的升力。升 力方向与相对气流的方向垂直。
一维定常流的数学表达式
V=V(S) P=P(S) T=T(S)
一维流动的条件： 沿流动方向管道横截面积的变化率非常小 管道轴线的曲率半径比管道的直径大得多 沿管道各个截面速度分布和温度分布的形 状几乎不变
将质量守恒定律应用于运动流体所得到的 数学关系式称为连续方程 积分形式的连续方程
空气动力学基础
质量守恒定律是连续性定理的基础。
第二章 2第1 页
●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，单位时间内流过截面2的流体质量为 2 v2 A2
第二章 4第3 页
●驻点和最低压力点
A点，称为驻点，是正压最大的点，位于机翼前缘附近，该处气流 流速为零。
B点，称为最低压力点，是机翼上表面负压最大的点。
第二章 4第4 页
② 坐标表示法
从右图可以看出，机翼升力的产 生主要是靠机翼上表面吸力的作用， 尤其是上表面的前段，而不是主要靠 下表面正压的作用。
本章主要内容
2.1 低速空气动力学 2.2 升力 2.3 阻力 2.4 增升装置的增升原理
第二章 第1 页
2.1 空气流动的描述
空气动力是空气相对于飞机运动时产生的，要学习 和研究飞机的升力和阻力，首先要研究空气流动的基 本规律。
第二章 第3 页
2.1.1 流体模型化
① 理想流体，不考虑流体粘性的影响。 ② 不可压流体，不考虑流体密度的变化，Ma<0.4。 ③ 绝热流体，不考虑流体温度的变化，Ma<0.4。
③ 与动压、静压相关的仪表
空速表
高度表
第二章 3第2 页
升降速度表
●空速表
第二章 3第3 页
●升降速度表
第二章 3第4 页
●高度表
第二章 3第5 页
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 增升装置的增升原理
空气动力学基本概念
空气动力学的新技术和新方法
计算流体动力学（CFD）：利用计算机 模拟空气流动预测飞行器的性能和设计 优化。
实验空气动力学：通过风洞实验和飞行 测试等手段研究空气动力学的基本原理 和应用。
空气动力学与人工智能的结合：利用人 工智能技术对空气动力学数据进行处理 和分析提高预测精度和优化设计。
空气动力学与其他学科的交叉：例如与 生物学、化学和材料科学等学科的交叉 开拓新的应用领域和研究方向。
交通运输：汽车、 高速列车和船舶 的设计中空气动 力学被用来优化 其空气阻力、升 力和稳定性。
建筑：建筑设计 中的通风（通风） 和 wind（风）抵 抗能力要考虑空 气动力学例如体 育馆和高层建筑 的顶部设计。
能源：风力发电 机的设计和优化 需要用到空气动 力学的知识以提 高能源转换效率。
空气动力学的未 来发展
节能减排技术：利用空气动力学原理开发节能减排技术提高能源利用效率减少温室气体排放。
未来空气动力学的挑战和机遇
挑战：随着科技的发展空气动力学面临新的挑战如高超声速飞行、微型飞行器等
机遇：随着环保意识的提高空气动力学在节能减排、绿色出行等领域有广阔的应用前景 创新：未来空气动力学的发展需要不断创新探索新的理论和技术以应对各种挑战和机遇
跨学科合作：空气动力学的发展需要与多个学科进行交叉合作如物理、化学、生物等
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汇报人：
空气动力学在新能源领域的应用前景
空气动力学在新 能源领域的应用： 利用空气动力学 原理优化新能源 车辆的设计提高 其能效和行驶稳
定性。
未来发展趋势：随 着新能源技术的不 断发展空气动力学 在新能源领域的应 用将更加广泛为新 能源车辆的节能减 排提供更多可能性。
潜在应用领域：空 气动力学在新能源 船舶、新能源航空 等领域也有着广阔 的应用前景为未来 的绿色交通发展提
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总空气动力R 的作用点叫压力中心 总空气动力在垂直来流方向上的分量
叫升力，用L 表示 在平行来流方向上的分量叫阻力，用
D 表示。
2.4.2 升力的产生
飞机的升力主要由机翼来产生。 迎角α
相对气流与机翼弦线之间的夹角 迎角“正负”
位形成的流管形状有关。
（2）减小干扰阻力的措施
①适当安排各部件之间的相对位置。 中单翼干扰阻力量小，下单翼最大，上单翼居中。
②在部件结合部位安装整流罩，使结合部位较为光滑，减小 流管的收缩和扩张。
5. 诱导阻力
（1）翼梢旋涡和下洗流
上、下翼面存在压力差 使机翼下表面气流的流线由翼根
向翼梢偏斜，使机翼上表面气流 的流线由翼梢向翼根偏斜， 机翼的翼梢部位形成了由下向上 旋转的翼梢旋涡
(2) 减小摩擦阻力的措施
① 机翼采用层流翼型。
设法使附面层保持层流状态
②在机翼表面安装一些气功装置，不断向附面层输入 能量
③保持机体表面的光滑清洁。
④要尽量减小机体与气流的接触面积。
3. 压差阻力
( 1 )压差阻力的产生
在机翼的后缘生成低压 的涡流区
机翼前缘区域的压力大 于后缘区域的压力，前 后压力差就形成了压差 阻力
(2) 减小压差阻力的措施
①尽量减小飞机机体的迎风面积。 ②暴露在空气中的机体各部件外形应采用流线型。 ③飞行时，除了起气动作用的部件外，其他机体部件的铀钱
应尽量与气流方向平行。
4. 干扰阻力
（1）干扰阻力的产生
流过机体各部件的气流在部件结合处互相干扰而产生的阻力 干扰阻力与各部件组合时的相对位置有关，也和部件结合部
3.机翼相对机身的安装位置
(1)机翼相对机身中心线的高 度位置
上单翼、下单翼和中单翼
(2) 机翼相对机身的角度
安装角 机翼弦线与机身中心线之间的夹角叫安装角。
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
小；
流管变粗，流体的流速将减小，流体的动压减小，静压将增 加。
飞机机翼气动升力的产生：
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。
2.3 机体几何外形和参数
，同时作用在两个物体上。 机体表面给气体微团向前的阻滞力，使其速度下降，气体微
团必定给机体以大小相等方向相反的向后的作用力，这个力 就是摩擦阻力。 紊流附面层产生的摩擦阻力比层流附面层大得多。 摩擦阻力的大小除了与附面层内气流的流动状态有关外，还 与机体与气流接触的面积(机体的外露面积)大小以及机体表面 状态有关。
1. 升力系数CL 随迎角的变化
零升力迎角a0
升力系数为零时，机翼的升力为零 非对称翼型： a0<0（图d） 对称翼型： a0=0（图e）
a< a0 ： CL<0，升力方向指向机翼下表面（图b） a> a0 ： CL>0，升力方向指向机翼上表面（图c）
最大升力系数对应迎角amax
a< amax ：CL与a近似成线性 关系，随着a的增加而增加（ 图c、a）
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
1.机翼翼型
翼型
用平行机身对称面的平面切割机翼所得机翼的切面形状
翼型参数
弦线、弦长b 厚度、相对厚度
最大厚度、相对厚度、最大厚度位置 中弧线、弯度、相对弯度
最大弯度、相对弯度、最大弯度位置
a平板翼型 b弯板翼型 c超临界翼型 d哥廷根398 e低亚音速翼型
当气流以一定的正迎角流过具有一定翼型的机翼时
在机翼上表面流管变细，流线分布较密；在机翼下表面流管 变粗，流线分布较疏。
机翼上表面的气流速度要加大， 大于前方气流的速度， 同时 ，静压要下降，低于前方气流的大气压力；
机翼下表面的气流速度要减小，小于前方气流的速度，同时 ，静压要上升，高于前方气流的大气压力。
a> amax ：CL随着a的增加而 下降
2. 机翼压力中心位置随迎角的变化
机翼气动力合力的作用点叫做机翼的压力中心。 随着迎角的改变，机翼压心的位置会沿飞机纵向前后
移动(对称翼型除外) 。 当迎角比较小时
机翼前缘上表面还没有形成很细的流管，气流在机翼前缘的 上表面的加速比较缓慢，并没有在机翼前缘形成吸力区，机 翼上表面的最低压力点靠后；这时机翼的升力系数比较小， 压力中心也比较靠后。
p1v2
2
p0
常数
p ——静压。单位体积流体具有的压力能。
1 2
v2
——动压。单位体积流体具有的动能。
伯努利定理表明
理想流体沿流管流动过程中，流速增大的地方，静压力必然 减小，反之亦然。
这个定理不能用于高速气流中！
联系连续方程和伯努利方程，可得出以下结论：
不可压缩的、理想的流体在进行定常流动时： 流管变细，流体的流速将增加，流体的动压增大，静压将减
称为流管。流线间隔缩小，表明流管收缩；反之，表明流管 扩张。
体积流量
Q Av
质量流量
qm Av
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 A 1 v 12 A 2 v 23 A 3 v 3 ...
对于不可压缩流体，连续方程可以简化为:
空气动力学与飞行原理
第2章 空气动力学
知识要求
熟练掌握流体流动的基本规律 熟练掌握机体几何外形参数的表示和概念 能够根据相关知识对飞机所受空气动力进行分析 掌握高速飞行理论
2.1 流体流动的基本概念
研究
作用在飞机上的空气动力
气流
空气的流动称为气流。 空气相对物体的流动，称为相对气流。
1. 气流在机体表面的流动状态
（1）附面层 （2）层流附面层和紊流附面层 （3）附面层的分离
（1）附面层
附面层
沿机体表面法向方向，流速由零逐渐增加到外界气流流速的 薄薄的一层空气层；机体表面到附面层边界(流速增大到外界 气流流速99% 处)的距离为附面层的厚度（δ）
附面层的厚度越来越厚
纵向上反角 机翼安装角与水平尾翼安装角之差叫纵向上反角 一般水平尾翼的安装角为负，前缘下偏。
2.3.2机身的几何形状和参数
为了减小阻力， 一般机身前部为圆头锥体， 后都为尖 削的锥体，中间较长的部分为等剖面柱体。
表示机身儿何形状特征的参数
机身长度Lah 最大当量直径Dah 长细比λah =Lah/Dah
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。
2.1.4 流线、流线谱、流管和流量
流线和流线谱
在定常流动中，空气微团流过的路线（轨迹）叫作流线。 由许多流线所组成的图形，叫做流线谱。 一般情况下流线不能相交。因此，由许多流线所围成的管子
连续介质
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。
微小的局部也可代表整体
2.1.3 流场、定常流和非定常流
流场
流体流动所占据的空间。
非定常流
在流扬中的任何一点处，如果流体做困流过时的流动多数随 时间变化，称为非定常流；这种流场被称为非定常流场。
②在机翼安装翼梢小翼
6. 低速飞行时飞机的阻力
低速飞行时飞机的阻力由摩 擦阻力、压差阻力、干扰阻 力和诱导阻力组成
诱导阻力是随着飞行速度的 提高而逐渐减小
废阻力随飞行速度越提高而 增大
在诱导阻力曲线和废阻力曲 线相交点总阻力最小，此时 的飞行速度称为有利飞行速 度。
随着迎角的变化，废阻力中 的摩擦阻力和压差阻力所起 的作用也不相同。
2.4.4 升力和阻力
1.升力公式、阻力公式
升力公式
L
CL
1 2
v2
S
阻力公式
D
CD
1 v2
2
S
2. 影响升力和阻力的因素
（1）空气密度、飞行速度和机翼面积 （2）升力系数和阻力系数
升力系数和阻力系数都是无量纲参数，在飞行马赫数小于 一定值时， 它们只与机翼的形状（机翼翼型、机翼平面形 状）和迎角的大小有关
2.1.1 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。
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。
2.1.2 连续性假设
连续性假设
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。
迎角逐渐增加
机翼前缘上表面的流管逐渐变细，气流在机翼前缘上表面加 速的速度加快，机翼上表面的最低压力点向前移，机翼的升 力系数增大，压力中心也向前移
（2）诱导阻力的产生
如果上下翼面没有压力差，就不会产生升力，也就没有诱导 阻力产生。
上下翼面压力差越大，升力越大，诱导阻力也就越大。
（3） 减小诱导阻力的措施
①采用诱导阻力较小的机翼平面形状： 椭圆平面形状的机翼诱导阻力最小，其次是梯形机翼，矩 形机翼的诱导阻力最大。 加大机翼的展弦比也可以减小诱导阻力。
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
2.机翼平面形状和参数
机翼平面形状