北京航空航天大学飞行器空气动力学经典课件——绪论共23页文档
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北京航空航天大学航空航天概论课件第三章 飞行器动力系统
螺旋桨 减速齿轮 进气道 压气机 燃烧室 涡轮 尾喷管
空气喷气发动机
航空航天概论
第3章 飞行器动力系统
C-130大力神
运7
图95战略轰炸机
航空航天概论
第3章 飞行器动 经济性好 噪音水平低 效率高 起飞推力大 涡轮风扇发动机的结构参见教材
涵道比：外股气流与内股气流流量之比
SMART-1探测器及其太阳能离子发动机 将太阳能转化为电能，再通过电能电 离惰性气体原子，喷射出高速氙离子流， 为探测器提供主要动力
航空航天概论
第3章 飞行器动力系统
日本国家空间发展局的MUSES-C航天 器，使用4台Y-2发动机。Y-2微波离子发动 机是针对小行星交会采样飞行任务的需要 而研制的一种微波电离式离子发动机。
火箭发动机
航空航天概论
第3章 飞行器动力系统
2、双组元液体火箭发动机
（1）液体火箭发动机的组成及工作原理
燃烧剂箱及输送系统 燃烧室 喷管
氧化剂箱及输送系统 喷注器
推进剂输送系统 推力室(喷注器、燃烧室、喷管)
航空航天概论
流量调节控制活门 冷却系统……
火箭发动机
第3章 飞行器动力系统
推进剂输送系统
航空航天概论
第3章 飞行器动力系统
燃烧室
涡流器
空气喷气发动机
涡轮喷气发动机
航空航天概论
第3章 飞行器动力系统
涡轮
将燃烧室出口的高温、高压气体的能量转变为 机械能，驱动压气机、风扇、螺旋桨和其他附件
工作叶轮
导向器
空气喷气发动机
涡轮喷气发动机
航空航天概论
第3章 飞行器动力系统
加力燃烧室
功用：使燃烧更充分燃烧，产生更大的推力。
北京航空航天大学飞行器空气动力学经典课件——绪论
第0章 绪 论
0.1 先驱飞行器的贡献 0.2 战斗机和攻击机的发展 0.3 轰炸机的发展 0.4 运输机的发展 0.5 直升机的发展 0.6 特种飞行器的发展 0.7 空气动力学的分类与研究方法
0.1 先驱飞行器的贡献
最初人类向往飞行是从模仿鸟类飞行开始的。但是由于 鸟类飞行机理的复杂性，至今未能对扑翼机模仿成功。
要提高飞机的速度，需提高动力（发动机）、 减少阻力（飞机气动布局），解决拉力和阻力的矛 盾，除增大发动机的马力外，还需改善飞机的气动 布局以减少阻力。由于双翼机阻力大（立柱），对 提高速度不利。于是从上世纪二十年代后期，双翼 机逐渐被单翼机取代。
活塞发动机：双翼机最大飞行速度接近300km/h ；单翼机飞行速度范围300－750km/h（最大记录 755.1km/h）。
主要讲授翼型、机翼在低、亚声速、跨声速和 超声速绕流时的空气动力特性的分析和计算方 法以及所需的基本理论。
介绍飞行器空气动力学中的最主要的理论，阐述 飞行器中各主要气动部件相关参数对飞行器气 动特性的影响，并对目前广泛使用的一些空气 动力数值解法作简单的介绍。
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、按时独立完成作业 4、必须按时参加实验课、完成实验报告
重于空气的航空器
旋翼航空器 直升机 旋翼机
扑翼机
航天器
人造地球卫星（运载火箭发射） 无人航天器 空间探测器
载人飞船 载人航天器 航天站
航天飞机
0.2 战斗机和攻击机的发展
战斗机和攻击机是最重要的军用飞机之一。其主要 任务是歼灭空中和地面的敌机，夺取制空权，也称为歼 击机。其特点是，飞行速度快，机动性好。
0.1 先驱飞行器的贡献
空气动力学绪论PPT课件
27
0.3 空气动力学的发展进程
现代航空和喷气技术的迅速发展使飞行速度迅猛提高在 高速运动的情况下，必须把流体力学和热力学这两门学科 结合起来，才能正确认识和解决高速空气动力学中的问题。 1887-1896年间，奥地利科学家马赫在研究弹丸运动扰动 的传播时指出：在小于或大于声速的不同流动中，弹丸引 起的扰动传播特征是根本不同的。
高等数学计算方法大学物理理论力学绪论2学时第一章流体的基本属性和流体静力学6学时第二章流体运动学和动力学基础12学时第三章不可压缩无粘流体平面位流6学时第四章粘性流体动力学基础6学时第五章边界层理论及其近似6学时第六章可压缩高速流动基础14学时第七章高超音速流动基础4学时6学时总复习2学时陈再新刘福长鲍国华空气动力学航空工业出版社1993杨岞生俞守勤飞行器部件空气动力学航空工业出版社1987andersonjr
按速度范围分类:
低速空气动力学 (Low Aerodynamics) 亚音速空气动力学 (Subsonic Aerodynamics) 超音速空气动力学 (supersonic Aerodynamics) 高超音速空气动力学 (hypersonic Aerodynamics)
其它
36
37
38
39
21
0.3 空气动力学的发展进程
18世纪是流体力学的创建阶段。伯努利(Bernoulli) 在1738年发表“流体动力学”一书中,建立了不可压流体 的压强、高度和速度之间的关系，即伯努利公式;欧拉 (Euler)在1755年建立了理想不可压流体运动的基本方程 组，奠定了连续介质力学的基础。达朗贝尔 D'Alembert 提出著名的达朗贝尔原理:“达朗贝尔疑题”就是他在 1744年提出的。拉格朗日(Lagrange)改善了欧拉、达朗 贝尔方法，并发展了流体动力学的解析方法。关于研究气 流对物体的作用力，最早是牛顿(Newton)于1726年提出 关于流体对斜板的作用力公式，他实际上是在撞击理论的 基础上提出来的，没有考虑到流体的流动性.
0.3 空气动力学的发展进程
现代航空和喷气技术的迅速发展使飞行速度迅猛提高在 高速运动的情况下，必须把流体力学和热力学这两门学科 结合起来，才能正确认识和解决高速空气动力学中的问题。 1887-1896年间，奥地利科学家马赫在研究弹丸运动扰动 的传播时指出：在小于或大于声速的不同流动中，弹丸引 起的扰动传播特征是根本不同的。
高等数学计算方法大学物理理论力学绪论2学时第一章流体的基本属性和流体静力学6学时第二章流体运动学和动力学基础12学时第三章不可压缩无粘流体平面位流6学时第四章粘性流体动力学基础6学时第五章边界层理论及其近似6学时第六章可压缩高速流动基础14学时第七章高超音速流动基础4学时6学时总复习2学时陈再新刘福长鲍国华空气动力学航空工业出版社1993杨岞生俞守勤飞行器部件空气动力学航空工业出版社1987andersonjr
按速度范围分类:
低速空气动力学 (Low Aerodynamics) 亚音速空气动力学 (Subsonic Aerodynamics) 超音速空气动力学 (supersonic Aerodynamics) 高超音速空气动力学 (hypersonic Aerodynamics)
其它
36
37
38
39
21
0.3 空气动力学的发展进程
18世纪是流体力学的创建阶段。伯努利(Bernoulli) 在1738年发表“流体动力学”一书中,建立了不可压流体 的压强、高度和速度之间的关系，即伯努利公式;欧拉 (Euler)在1755年建立了理想不可压流体运动的基本方程 组，奠定了连续介质力学的基础。达朗贝尔 D'Alembert 提出著名的达朗贝尔原理:“达朗贝尔疑题”就是他在 1744年提出的。拉格朗日(Lagrange)改善了欧拉、达朗 贝尔方法，并发展了流体动力学的解析方法。关于研究气 流对物体的作用力，最早是牛顿(Newton)于1726年提出 关于流体对斜板的作用力公式，他实际上是在撞击理论的 基础上提出来的，没有考虑到流体的流动性.
北航空气动力学课件第二章
示因流体质点位置迁移引起的加速度，称为迁移加速度，位变
加速度，或对流加速度。二者的合成称为全加速度，或随体加
速度。写成分量形式为
adV dt
adV dt
V t
V t
uVx vVy wddutVz
(V)V
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱdv dt
u t v t
u u
u x v x
v u w u
y
z
v v w v
y
lim x
y
z
t 0
t
lim x V (M ,t) lim y V (M ,t) lim z V (M ,t)
t0t
x
t0 t
y
t0 t
z
u V (M ,t) v V (M ,t) w V (M ,t)
x
y
z
北京航空航天大学《空气动力学》国家精品课
2010年版本
Folie21
2.1.2 欧拉法的加速度表达式
原理，建立了理想流体运动方程。 在该方法中，观察者相对于坐标系是固定不动的，着眼于
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。（引出流线概念）
漂流瓶 -> 水位测量
北京航空航天大学《空气动力学》国家精品课
2010年版本
Folie10
Vui vj wk
其中，x,y,z为空间点的坐标。
t表示时间。x.y.z.t称为欧拉变数。
x.y.z给定，t变化，表示不同时刻不同流体质点通过同一空间点
的速度。
t给定， x.y.z变化，表示给定时刻，不同流体质点通过不同空
间点的速度，给定速度场。
《气体动力学》课件-绪论
声速
166x Galileo Galilei 认识声速和光速差别
1500 Leonardo Da Vinci, 发现声音以波的形式传播
1640 Marin Mersenne 首次测量声音在空气中的传播速度
1660 Robert Boyle 发现声音传播必须有介质
1687 Newton 推导声速关系式；Maxwell 推导声速关系式
1910 瑞利和泰勒
激波的不可逆性
1933 泰勒和马科尔
圆锥激波的数Biblioteka 解气体动力学基础_113
1.3 气体动力学发展简史
第三阶段：气体热力学发展阶段（20世纪30年代中50年代末）
1935年召开“航空中的高速流动问题”学术大会，表明流体力学先驱者对高 速问题的关注和重视。之后，由于以喷气飞机、涡轮喷气发动机、火箭 发动机等为背景的工程问题发展的需求，将空气动力学与热力学相结合， 这个时期为气体热力学的发展阶段，其特点是在完全气体假设下的气体 动力学理论和实验逐渐成熟
气体动力学基础_1
11
1.3 气体动力学发展简史
第一阶段：气体动力学基础阶段
1869 1987
1881
1883 1887 1899 1905 1902
朗金/兰金(英) 雨贡钮/许贡纽(法)
描述大波幅强扰动波－激波的兰金(英)－许贡纽 (法)理论
贝特洛Berthelot(法) 马兰德Mallard
实验发现管中火焰传播速度高达1－3.5 km/s （超音速3-10倍）的超音速燃烧现象，爆轰波 ＝激波＋燃烧波
气动是在经典流体力学的基础上，结合热力学和化学动力 学发展起来（气动热力学），可分为
亚音速流动，跨音速流动，超音速流动 高超音速流动
charpter1(第一章)空气动力学ppt 北京航空航天大学出版社
北京航空航天大学《空气动力学》北京市精品课2010年版本源自Folie31、连续介质的概念
从微观的角度而言，不论液体还是气体其 分子与分子之间都是存在间隙的，例如海平面 条件下，空气分子的平均自由程为 l ＝10-8 m， 但是这个距离与我们宏观上关心的物体（如飞 行器）的任何一个尺寸 L 相比较都是微乎其 微的， l / L < < 1。 当受到物体扰动时，流体或空气所表现出 的是大量分子运动体现出的宏观特性变化，如 压强、密度等，而不是个别分子的行为。
2010年版本
Folie26
1.2 作用在流体微团上的力的分类
其中 是微团体积，ρ为密度，F 为作用于 微团的彻体力， i 、j、 k分别是三个坐标方 向的单位向量，fx 、fy 、fz 分别是三个方 向的单位质量彻体力分量 。
北京航空航天大学《空气动力学》北京市精品课
2010年版本
Folie9
2、流体的易流性
流体与固体在力学上最本质的区别在于二者承受
剪应力和产生剪切变形能力上的不同，如下图所示， 固体能够靠产生一定的剪切角变形量θ来抵抗剪切应 力 θ ＝ τ / G 其中剪切应力 τ = F/A, A 为固体与平板相连
2010年版本
Folie16
4、流体的粘性
由于粘性影响，原来是均匀的气流流至平板后 直接贴着板面的一层速度降为零，称为流体与板面
间无滑移。稍外一层的气流受到层间摩擦作用速度
也下降至接近于零，但由于不紧挨板面多少有些速 度，层间的互相牵扯作用一层层向外传递，离板面 一定距离后，牵扯作用逐步消失，速度分布变为均 匀。
质量成正比的非接触力，例如重力，惯性力和磁流体具
有的电磁力等都属于质量力，也有称为体积力或彻体力， 由于质量力与质量成正比，故一般用单位质量力表示， 其向量形式为：
第一章-1飞行动力学-空气动力学
dt = ds dt = ds V
三、伯努利方程（续）
根据牛顿第二定律 1 dV 1 ρ(A+ dA)ds V=pA-(A+dA)(p+dp)+(p+ dp)dA 2 ds 2 略去高阶小量并简化，得
ρVdV=-dp
在低速不可压缩 低速不可压缩假设下，密度为常数，上式沿流管积分，得 假设下，密度为常数，上式沿流管积分，得
1）扰动源 扰动源V=0 V=0，扰动以音速传播（图 ，扰动以音速传播（图a a） 球面波，向四周传播
2）V< V<a,M a,M<1 <1,前方空气受扰， 球面波， 球面波 ，向后方传播 扰动源前方仍有少量传播 变化不大（图 变化不大（图b b）
五、弱扰动的传播( 五、弱扰动的传播 (续)
3）V=a V=a， ，M=1,扰动源与扰动波同时到达， 前方空气（图 （图c c） 扰动只影响下游 4）V> V>a,M a,M>1 >1, （图 （图d d） 前方空气未受扰 飞机前端临近空气 突然，形成激波 受扰区限于扰动源 下游的马赫锥内
第一节
第二节 飞行器的运动参数与操纵机构
一、坐标系：
描述飞机的姿态、位置；飞机在大气中飞行，运动复杂，有 多个坐标系描述；美制与苏制 多个坐标系描述； 美制与苏制，国标 ，国标—美制 1.地面坐标系（地轴系） 1. 地面坐标系（地轴系） S g og x g y g z g 原点og —地面某一点（起飞点） 原点o ogxg —地平面内，指向某方向（飞行航线） ogyg —地平面内，垂直于 地平面内，垂直于o ogxg，指向右方 ogzg —垂直地面，指向地心， 右手定则 描述飞行器的轨迹运动 描述飞行器的 轨迹运动 “不动 不动” ”的坐标系， 惯性坐标系
三、伯努利方程（续）
根据牛顿第二定律 1 dV 1 ρ(A+ dA)ds V=pA-(A+dA)(p+dp)+(p+ dp)dA 2 ds 2 略去高阶小量并简化，得
ρVdV=-dp
在低速不可压缩 低速不可压缩假设下，密度为常数，上式沿流管积分，得 假设下，密度为常数，上式沿流管积分，得
1）扰动源 扰动源V=0 V=0，扰动以音速传播（图 ，扰动以音速传播（图a a） 球面波，向四周传播
2）V< V<a,M a,M<1 <1,前方空气受扰， 球面波， 球面波 ，向后方传播 扰动源前方仍有少量传播 变化不大（图 变化不大（图b b）
五、弱扰动的传播( 五、弱扰动的传播 (续)
3）V=a V=a， ，M=1,扰动源与扰动波同时到达， 前方空气（图 （图c c） 扰动只影响下游 4）V> V>a,M a,M>1 >1, （图 （图d d） 前方空气未受扰 飞机前端临近空气 突然，形成激波 受扰区限于扰动源 下游的马赫锥内
第一节
第二节 飞行器的运动参数与操纵机构
一、坐标系：
描述飞机的姿态、位置；飞机在大气中飞行，运动复杂，有 多个坐标系描述；美制与苏制 多个坐标系描述； 美制与苏制，国标 ，国标—美制 1.地面坐标系（地轴系） 1. 地面坐标系（地轴系） S g og x g y g z g 原点og —地面某一点（起飞点） 原点o ogxg —地平面内，指向某方向（飞行航线） ogyg —地平面内，垂直于 地平面内，垂直于o ogxg，指向右方 ogzg —垂直地面，指向地心， 右手定则 描述飞行器的轨迹运动 描述飞行器的 轨迹运动 “不动 不动” ”的坐标系， 惯性坐标系
《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。
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13、遵守纪律的风气的培养，只有领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。—— 马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同全 世界劳 动者的 团结一 致，是 取得最 后胜利 的保证 。—— 列宁 摘自名言网
15、机会是不守纪律的。——雨果
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
北京航空航天大学飞行器空气 动力学经典课件——绪论
时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
15、机会是不守纪律的。——雨果
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
北京航空航天大学飞行器空气 动力学经典课件——绪论
时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)