空气动力学小知识60页PPT

空气动力学原理

空气动力学是一门研究物体在空气中运动的力学分支，它涵盖了空气流动的基本原理、空气动力性能的测量、空气动力学模型的建立以及空气流体的结构和动力特性。

空气动力学的基本原理是气动力学定律，即描述了空气在物体表面及其周围流动形式及受力情况的定律。气动力学定律包括拉普拉斯定律和减重定律。拉普拉斯定律是指空气流体在物体表面的压力和速度的变化规律，减重定律指的是空气流体在物体表面的阻力与相对速度和尺寸的变化规律。

空气动力学的测量方法，主要是气动试验，包括气动实验、气动模拟试验和数值模拟实验。气动实验是指在真实环境中测量空气动力性能，如飞机受力测试、翼型受力试验等；气动模拟实验是在模型实验室中模拟物体在真实环境中的运动，如模型飞机受力测试、模型翼型受力试验等；数值模拟实验是在计算机上模拟物体在真实环境中的运动，如计算机仿真试验等。

空气动力学的建模和分析是指基于空气动力学的基本原理，利用数学方法建立空气动力学模型，以及利用模型分析和预测空气动力学性能的过程。空气动力学模型一般分为两类：静力学模型和动力学模型。静力学模型是指建立物体在静止状态时的空气动力学性能模型，如飞机抗风阻力模型；动力学模型是指建立物体在运动状态时的空气动力学性能模型，如飞机运动模型等。

空气动力学的结构特性和动力特性是指空气流体的结构和特性，如流场性质、压力场特性、动能场特性等。空气动力学的结构特性可以用空气动力学的基本原理来分析，而空气动力学的动力特性可以用气动实验、气动模拟实验和数值模拟实验来测量。

空气动力学是一门研究物体在空气中运动的力学分支，通过气动力学的基本原理、气动实验、气动模拟实验和数值模拟实验，空气动力学可以用来研究物体在空气中的运动，测量物体的空气动力性能，以及分析和预测空气动力学的结构和动力特性。

风力机空气动力学基础知识

Wind Turbine Basics

[本节为“水平轴风力发电机”与“升力型垂直轴风力机”

与“阻力型垂直轴风力机”栏目共用]

2013年4月（翼型升力动画增加片断）

风能曾是蒸汽机发明之前最重要的动力，数千年前就有了帆船用于交通运输，后来有了风车用来磨面与抽水等。近年来，由于传统能源逐渐枯竭、对环境污染严重，风能作为清洁的新能源得到人们的重视。为方便风力机技术知识的学习，下面介绍一些风力机空气动力学的基础知识。

升力与阻力

风就是流动的空气，一块薄平板放在流动的空气中会受到气流对它的作用力，我们把这个力分解为阻力与升力。图1中F是平板受到的作用力，FD为阻力，FL为升力。阻力与气流方向平行，升力与气流方向垂直。

图1-升力与阻力示意图

我们先分析一下平板与气流方向垂直时的情况，见图2，此时平板受到的阻力最大，升力为零。当平板静止时，阻力虽大但并未对平板做功；当平板在阻力作用下运动，气流才对平板做功；如果平板运动速度方向与气流相同，气流相对平板速度为零，则阻力为零，气流也没有对平板做功。一般说来受阻力运动的平板当速度是气流速度的20%至50%时能获得较大的功率，阻力型风力机就是利用叶片受的阻力工作的。

图2-阻力的形成

当平板与气流方向平行时，平板受到的作用力为零（阻力与升力都为零）。当平板与气流方向有夹角时（见图3），气流遇到平板的向风面会转向斜下方，从而给平板一个压力，气流绕过平板上方时在平板的下风面会形成低压区，平板两面的压差就产生了侧向作用力F，该力可分解为阻力FD与升力FL。图3-升力与阻力的形成

下面是平板受气流作用产生升力与阻力的动画

平板受来流产生升力与阻力的动画

平板与气流方向的夹角称为攻角，当攻角较小时，平板受到的阻力FD较小；此时平板受到的作用力主要是升力FL，见图4。

图4-小攻角时升力大阻力小飞机、风筝能够升到空中就是依靠升力，升力型风力机就是靠叶片受到的升力工作的。

空气动力学基础知识

飞机的飞行原理第一章空气动力学基础知识一、空气的物理参数二、空气的物理性质

三、大气分层四、国际标准大气五、气流特性空气是飞机的飞行介质。随着高度

的增加，空气的密度、温度、压力、音速和空气的物理参数和性质也随着变化，影响着飞机飞行中的空气动力性能、发动机的工作状态、飞机的机体

结构连接间隙的变化和飞机的座舱环境的控制等。基于上述原因，在讨论飞机的飞行原理之前，首先要对空气的物理参数和基本性

质、大气的分层和国际标准大气、气流特性及气流流动的基本规律、附面层等有所了解，作为了解和掌握飞机飞行原理的基础。一、空气的物理参

数空气的密度、温度和压力是确定空气状态的三个主要参数，飞机空气动力的大小和飞机飞行性能的好坏，都与这三个参数有关

。1、空气的密度空气的密度是指单位体积内空气的质量，取决于空气分子

数的多少。即：ρ＝m/V公式中：ρ为空气的密度，单位是“千克/米3”；m为空气的质量，单位是“千克”；V

为空气的体积，单位是“米3”。空气的密度大，说明单位体积内空气的分子数多，我们称为空气稠密；空气的密度小，说

明单位体积内空气的分子数少，我们称为空气稀薄。大气的密度随高度的增加而减小。2、空气的温度空气的温度

是指空气的冷热程度。空气温度的高低表明空气分子作不规则热运动平均速度的大小。空气温度的高低可以用温度表（计）来测量。

空气的温度一般用“t”来表示。我国和世界上大多数国家通常采用的是摄氏温度，单位用摄氏度（℃）表示。西方的一些国家

和地区采用的是华氏温度，单位用华氏度（℉）表示。摄氏温度（℃）和华氏温度（℉）可以用下式进行换算：℉＝9/ 5℃十32℃＝(℉—32)5/9例如：0℃为32℉；15℃

为59℉。工程计算中经常采用“绝对温度”的概念，用“T”表示，单位用开氏度（oK）表示。当空气分子停止不规

则的热运动时，即分子的运动速度为零时，我们把这时的温度作为绝对温度的零度。绝对温度（T）与摄氏温度（t）之间

空气动力学简介

For Training Purpose Only 1 第一章空气动力学简介

第1节流体流动的基本概念和基本规律

1.1 流体流动的基本概念

1.1.1 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。也就是说，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。这就是相对运动原理在空气动力学中的应用。

空气相对飞机的运动称为相对气流，相对气流的方向与飞机运动的方向相反，见图1-1。只要相对气流速度相同，产生的空气动力也就相等。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。

图1-1 飞机的运动方向与相对气流的方向

1.1.2 连续性假设

连续性假设是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。所谓连续介质就是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。对大气采用连续性假设的理由是与所研究的对象—飞机相比，空气分子的平均自由行程要比飞机的尺寸小得多。空气流过飞机表面时，与飞机之间产生的相互作用不是单个分子所为，而是无数分子共同作用的结果。

1.1.3 流场、定常流和非定常流

流体流动所占据的空间称为流场。在流场中的任何一点处，如果流体微团流过时的流动参数，速度、压力、温度、密度等随时间变化，这种流动就称为非定常流，这种流场被称为非定常流场。反之，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。 For Training Purpose Only 2 1.1.4 流线、流线谱、流管和流量

空气动力学原理的现象

空气动力学原理是一个研究空气对物体的作用、空气流动规律以及飞机、火箭等飞行器的设计和性能等的学科。在工程结构设计、航空航天工业、汽车制造、建筑设计等领域都有着广泛的应用。以下将介绍空气动力学原理的几个现象及其背后的原理。

1. 升力和气动力

升力是指物体受到空气流的动力作用力产生上升的力量。这是飞机、鸟类等飞行器能够获得升空的主要原理。在飞行器上，通过机翼上的曲率和前缘倾角来产生气动力，在下表面产生低气压区域，上表面产生高气压区域，使得物体受到向上的力量，使得飞行器能够升空。在工程设计中，需要根据所需达到的升力和气动力，进行合适的设计和调整。

2. 压力分布

压力分布是空气动力学中很重要的一个概念。在物体表面，由于空气流动的不同，压力也会随之不同。因此，在飞行器的设计中，需要考虑物体表面的压力分布，以保证达到所需的气动力和升力。根据伯努利定理，空气在流过物体表面的过程中，会因流速的变化而导致压力的变化。当空气在物体表面上流动时，由于物体表面的不同曲率和角度，空气的流速会随之不同，从而导致压力的变化。在这个过程中，对空气动力学的理解非常重要。

3. 绕流现象

绕流现象是指当流体在物体表面流动过程中，由于物体表面的不同形态和角度，在某些位置就会发生流与表面分离的现象，导致流体绕过物体流动。这是空气动力学中的一个重要现象，因为绕流会导致气动力和阻力的变化，影响物体的运动。在飞行器的设计中，需要考虑绕流现象，以达到所需要的气动力性能。

4. 气流的分离和再附着

在空气动力学中，气流的分离和再附着也是非常重要的。当气流在物体表面上流动过程中，由于物体表面的形态和角度的影响，有时会导致气流在物体表面上分离，并在其后方再附着。在飞行器设计中，需要考虑这个现象，以避免气流的分离，从而达到更好的气动力性能。

总的来说，空气动力学原理是应用广泛的学科，它涉及到工程设计、航空航天、汽车制造、建筑设计等方面。了解空气动力学原理中的几个现象及其背后的原理，对于工程设计和制造具有重要的指导作用。

空气动力学

科技名词定义

中文名称：

空气动力学

英文名称：

acerodynamics;aerodynamics

定义1：

流体力学的分支学科，主要研究空气运动以及空气与物体相对运动时相互作用的规律，特别是飞行器在大气中飞行的原理。

所属学科：

大气科学（一级学科）；动力气象学（二级学科）

定义2：

研究空气和其他气体的运动以及它们与物体相对运动时相互作用规律的科学。

所属学科：

航空科技（一级学科）；飞行原理（二级学科）

本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布

百科名片

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空气动力学是力学的一个分支，它主要研究物体在同气体作相对运动情况下的受力特性、气体流动规律和伴随发生的物理化学变化。它是在流体力学的基础上，随着航空工业和喷气推进技术的发展而成长起来的一个学科。

F1中空气动力学的最基本原理和公式

空气动力学的发展简史

空气动力学的研究内容

空气动力学的研究方法

其它力学分支学科

主要物理学分支

图书信息1

图书信息2

F1中空气动力学的最基本原理和公式

空气动力学的发展简史

空气动力学的研究内容

空气动力学的研究方法

其它力学分支学科

主要物理学分支

图书信息1

图书信息2

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F1中空气动力学的最基本原理和公式

1．动量理论

推导出作用在风机叶轮上的功率P和推力T（忽略摩擦阻力）。

由于受到风轮的影响，上游自由风速V0逐渐减小，在风轮平面内速度减小为U1。上游大气压力为P0，随着向叶轮的推进，压力逐渐增加，通过叶轮后，压力降低了ΔP，然后有又逐渐增加到P0（当速度为U1时）。

根据伯努力方程

H=1/2（ρv2）+P…………（1）

ρ—空气密度

H—总压

根据公式（1），

ρV02/2+P0=ρu2/2+p1

ρu12/2+P0=ρu2/2+p2

空气动力学与飞行原理

飞行是人类向往已久的梦想，而空气动力学就是飞行的基石。它是研究空气对物体运动和力学性质的学科，它让飞机得以在空中翱翔，是现代航空工程的重要理论基础。

空气动力学主要研究空气流动以及空气对物体的作用力。根据牛顿第二定律，物体所受力等于物体质量乘以加速度，所以在飞行中，需要考虑的第一个因素就是空气对飞机的作用力。飞机在飞行时受到的主要力有重力、升力、阻力和推力。

首先，重力是指地球对物体的吸引力。它是物体垂直向下的力，是使飞机下降的力。在飞行中，飞机需要克服重力的作用，才能保持在空中飞行。

而升力则是使飞机保持在空中的力。升力产生的原因是飞机在运动时空气产生一个向上的反作用力。根据伯努利定律，当气流通过飞机的翼面时，流速增加，压力下降，形成一个向上的压力差，从而产生升力。为了增加升力，翼面通常具有弯曲的形状，称为翼型。翼型的选择和设计对于飞机的性能有着至关重要的影响。

然而，飞机在飞行中还会受到阻力的作用。阻力是指空气对飞机运动的阻碍力，它使得飞机需要消耗更多的能量来保持飞行速度。阻力有两个主要的分量，一个是摩擦阻力，即飞机表面与空气之间的阻力；另一个是压力阻力，即飞机运动过程中的压力差引起的阻力。为了减小阻力，飞机的外形通常设计为流线型，以使空气尽量顺利地流过飞机的表面。

在飞行过程中，推力是让飞机向前移动的力。飞机需要通过推力来克服阻力，以保持飞行速度。推力的来源通常由喷气发动机、涡轮风扇发动机或者螺旋桨引擎提供。

除了这些基本的力量，空气动力学还研究了气动力学现象，比如气流分离、失速、升力和阻力对速度、密度、粘度的依赖关系等。这些研究为飞机的设计和性能提供了理论依据。空气动力学的研究成果不仅仅运用在飞机上，还应用在车辆、建筑、桥梁等领域。例如，对于一座高大的建筑物，空气动力学研究可以帮助设计师了解建筑物在强风条件下的受力情况，从而选择合适的设计方案。

总的来说，空气动力学是研究空气对物体运动和力学性质的学科，是现代航空工程的基础。通过研究空气动力学，我们可以了解飞机在空气中的运动和受力情况，帮助我们更好地理解和应用飞行原理。同时，空气动力学的研究成果也应用于其他领域，为人们的生活提供了便利和安全。

空气动力学效应

空气动力学效应是指在空气中物体运动时所受到的力学效应。它在许多领域中都有重要的应用，特别是在航空航天、汽车工程、建筑设计等领域。本文将介绍空气动力学效应的基本概念、原理和应用。

一、空气动力学效应的基本概念

空气动力学效应是指当物体在空气中运动时，由于空气的存在而对物体产生的力学效应。空气动力学效应的主要原因是空气分子与物体表面发生碰撞，从而产生了气动力。这种气动力包括了阻力、升力、侧力等。

1.1 阻力

阻力是物体在空气中运动时所受到的阻碍力。当物体在空气中运动时，空气分子与物体表面发生碰撞，使物体受到反向的力，从而减小物体的运动速度。阻力的大小与物体的形状、速度、密度等因素有关。

1.2 升力

升力是物体在空气中运动时所受到的向上的力。升力的产生主要是由于物体表面的气流分离和气压差异所引起的。升力的大小与物体的形状、速度、密度等因素有关。在航空领域中，升力是飞机能够飞行的基本原理。

1.3 侧力侧力是物体在空气中运动时所受到的垂直于运动方向的力。侧力的产生主要是由于空气动力学效应导致物体受到横向的气流作用。侧力的大小与物体的形状、速度、密度等因素有关。在汽车工程中，侧力对于提高车辆的操控性能具有重要意义。

空气动力学效应的原理是基于流体力学的基本原理和空气的物理性质。流体力学是研究流体运动规律的学科，它是研究空气动力学效应的基础。

2.1 流体力学的基本原理

流体力学的基本原理包括连续性方程、动量方程和能量方程。连续性方程描述了流体的质量守恒定律，动量方程描述了流体的力学运动规律，能量方程描述了流体的能量守恒定律。这些基本原理是研究空气动力学效应的理论基础。

2.2 空气的物理性质

空气是一种气体，具有质量、体积和压力等物理性质。空气的密度是指单位体积空气中所含的质量，密度越大，空气对物体的气动力越大。空气的压力是指单位面积上空气对物体施加的力，压力越大，空气对物体的气动力越大。

空气动力学 2

第四章风力发电的空气动力学原理

风机叶片在空气中的受力特性与飞机的机翼在空气中的受力相类似，所以对风机叶片的空气动力学研究很多是借鉴了对飞机的翼型的空气动力学的研究技术以及飞机翼型的制造技术。

飞机在空气中运动所引起的作用于飞机上的空气动力取决于空气的物理属性，飞机的几何形状、飞行姿态以及飞机与空气之间的相对速度，因此在讨论空气动力的产生及其变化规律之前，首先来研究空气的基本属性。

空气动力学是关于气流特性的学说，相对于固体而言气体的特性。空气动力学定律，尤其是旋涡、推力、正面阻力和升力使得飞机可以飞行。相同的定律对于滑翔也很重要。空气动力学是一门复杂的科学。并非在每种具体情况下都可以通过假设计算对特定现象作数字上或理论上的精确说明，因而要利用风洞试验结果。所以空气动力学也是一门以经验为依据的科学。

气体和液体统称为流体。气体和液体同固体相比较，分子间引力较小，分子运动较强烈，分子没有一定的排列规律，这就决定了气体和液体具有共同的特性，不能保持一定形状，而具有流动性。

从力学性质来看，固体具有抵抗压力、拉力和切力的能力。因而在外力作用下，通常发生较小的变形，而且到了一定程度后变形就停止。流体由于不能保持一定形状，所以它不能抵抗切力。当他受到切力作用时，就要发生连续不断变形（即流动）。这就是流体同固体在力学性质上的显著区别。

气体和液体除了具有上述的共同特性外，还有如下的不同特性：

液体的分子跟分子的有效直径差不多是相等的，当对液体加压时，由于分子距离稍有缩小，出现强大的分子斥力来抵抗外压力，这就是说：液体的分子距离很难缩小，可以认为液体具有一定体积，因此通常成液体为不可压缩流体。

一般来说，气体分子间距离很大，例如常温常压下空气的分子距离为3×10-7，其分子有效直径的数量级为10-8厘米。可见分子距离比分子有效直径大得很多。这样，当分子距离缩小很多时，才会出现分子斥力。因此，通常称气体为可压缩流体。又因为分子距离很大，分子引力很小，而分子热运动起决定性作用，这就决定了气体既没有一定形状也没有一定体积。

低速空气动力学基础

空气动力学是研究空气和其他气体的运动规律以及运动物体与空气相互作用的 1 科学，它是航空航天最重要的科学技术基础之一。

第一章空气动力学与航空航天飞行器发展

1.1 空气动力学推动20世纪航空航天事业的发展

1903年莱特兄弟研制成功世界上第一架带动力飞机，实现了人类向往已久的飞行梦想。为了研制这架飞机，他们进行过多次滑翔试验，还为此建造了一座试验段为0.012m的小型风洞。正是这些努力，加上综合运用早期的空气动力学知识，最终获得了成功。

20世纪初，建立在理想流体基础上的环量和升力理论以及普朗特提出的边界层理论奠定了低速飞机设计基础，使重于空气的飞行器成为现实。40年代中期至50年代，可压缩气体动力学理论的迅速发展，以及对超声速流中激波性质的理论研究，特别是跨音速面积积律的发现和后掠翼新概念的提出，帮助人们突破“音障”，实现了跨音速和超音速飞行。50年代中期，美、苏等国研制成功性能优越的第一代喷气战斗机，如美国的F-86、F-100，苏联的米格-15、米格-19等。50年代以后，进入超音速空气动力学发展的新时期，第二代性能更为先进的战斗机陆续投入使用，如美国的的F-4、F-104，苏联的米格-21、米格-23，法国的幻影-3等。

1957年苏联发射第一颗地球人造卫星和1961年第一艘载人飞船“东方号”升空，被认为是空间时代的开始。美、苏两国在战略导弹和航天器发展方面的激烈角逐，促使超音速和高超音速空气动力学得到迅速发展。两个超级大国都投入巨大力量，致力于发展地面模拟设备，开邻近高超出音中国雏鹰科研课题组专用 2 速空气动力学和空气热力学的研究。航天方面的研究重点放在如何克服由于高超音速飞行和再入大气层，严重气动加热所引起的“热障”问题上在钱学森先生倡导下诞生了一门新的学科，即物理力学，为航天器重返大气层奠定了科学基础。航空方面的研究重点则放在了发展高性能作战飞机、超音速客机、垂直短距起落飞机和变后掠翼飞机。这一时期，空气动力研究方面的另一项重要成就是“超临界机殿”新概念的提出，它可以显著提高机翼的临界马赫数。20世纪70年代后，脱体涡流型和非线性涡升力的发现和利用，是空气动力学的又一重要成果。它直接导致了第三代高机动性战斗机的产生，如美国的F-15、F-16，苏联苏-27、米格-29和法国的“幻影2000”。