飞机空气动力学 课件全套 陈大达 第1--16章 空气动力学概述---飞机的平衡、稳定与操纵.pdfVIP

《飞机空气动力学》

第一章：空气动力学概述

目录

1.1空气动力学的定义1.5气体的特性

1.2空气动力学的应用领域1.6气体流动为难题

1.3研究空气动力学问题的方法1.7迹线、烟线与流线

1.4气体性质与速度的描述

1.1空气动力学的定义

1.1空气动力学的定义

根据作用的物体来分类，力学可分为固体力学与

流体力学两大类。

其中，根据固体受到作用力时是否变形，固体力

学可分为刚体力学与材料力学两种类型。

而根据流体的可压缩性，也就是流体流动时的密

度变化是否可以忽略不计，流体力学分为可压缩流体

力学与不可压缩流体力学两种类型。

一般而言，研究者高速气体，也就是流速高于0.3

马赫（Ma）气体的流动归于可压缩流体力学问题范畴；

而将液体和低速气体，也就是液体与流速低于0.3马赫

图1-1力学的分类

（Ma）气体的流动归于不可压缩流体力学问题范畴，

1.2空气动力学的应用领域

1.2空气动力学的应用领域

空气动力学是航空航天最重要的科学技术基础之

一，它与飞机的产生和发展息息相关，涉及飞机的飞

行性能、稳定性和操纵性等问题。

随着科技的进步，空气动力学的应用越来越广，

除了传统的航空航天工业，还涉及汽车制造以及高速

列车设计。另外，空气动力学与工程热力学的相互融

合可以应用于冷冻空调与机械散热等方面。

机械工业中的润滑、冷却以及气压传动与控制问

题的解决，也必须应用空气动力学的理论。在冶金工

业中，还会遇到像气体在炉内的流动、通风与冷却等

图1-2空气力学的应用领域

空气动力学问题；风力发电的绿能技术研发与气候的

预测和天灾的防护也需要空气动力学。

1.3研究空气动力学问题的方法

1.3研究空气动力学问题的方法

理论解析法是以基本概念、定律和数学工具来计算简单气体流动问题的方法。优点是

01计算的结果方便分析隐含的物理观念与影响变量的函数关系，但缺点是对于复杂或不规则外

形的气体流动问题，无法严密求解，需要通过必要的实验研究加以验证或修正

理论解析法

实验观测法是通过实验观察或测量气体的流动性质与运动速度的变化，以了解气体流动

02特性的办法。在航空航天研究领域中主要利用风洞或水洞进行模型或原型实验。它的优点是

能够提供大量的实验资料，使得研究者能从中发现与分析流动中的（新）现象或者（新）原

实验观测法理。它的缺点是成本过高，因为实验观测法研究空气动力学问题往往消耗大量的人力、物力、

财力与时间

数值计算法是利用计算机的快速运算与储存能力强大的特性，结合计算流体力学的数值方法

02

求解空气流动问题。随着计算机运算能力的日渐强大，其被广泛地用于解决复杂的空气流动

问题。优点是费用少且计算能力强大，模拟结果也与现实误差较少。缺点是计算结果为数值

数值计算法数据，不能全面反映物理现象

1.3研究空气动力学问题的方法

04综合分析这里将3种空气动力学问题研究方法的特性归纳如表1-1所示

方法

特性

理论解析法实验观测法数值计算法

研究方式手工计算实际观察或测量计算机计算