空气动力学基础
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。
2空气动力学基础23环量与涡量
P的连线和AB垂线PN之间夹角为γ，则
ds d (h tg ) h sec2 d
sin sin( ) cos
r PS h
cos
dV cosd 4h
ds
直线涡的诱导速度
§ 2.5.2 环量与涡量的关系
再令PA与AB的夹角为α；PB与BA的夹角为β。上
式积分，γ 由
2
到
2
得 ：
V (cos cos )
4h
ds
这个诱导速度是垂直于纸面的，按图示Γ的方向， 它向外指。如果涡线一头是无限长的，那就有：
V (1 cos ) 4h
§ 2.5.2 环量与涡量的关系 如果涡线是半无限长，且P点至涡线之垂直足N与 涡线的一端重合，则：
§ 2.5.2 环量与涡量的关系
表明：沿空间封闭曲线 L 的环量，等于穿过张在
L上任意曲面 S上的涡通量，涡通量的数值与所张
的曲面形状无关，只跟围线所包含的涡量有关，
无旋时涡通量为零从而沿封闭曲线的速度环量也
为零。
n
γ
对于无旋流动还有：
B
A (udx vdy wdz) B A
v
三维流中环量与涡的关系
说明位函数差的意义是沿线段的速度线积分。
§ 2.5.2 环量与涡量的关系 一条强度为Γ 的涡线的一段 dS 对线外的一点P会 产生一个诱导速度，情况正像电流会产生磁力的 一样。表达涡段所产生的诱导速度的公式是： dV ds sin 4r 2
涡与诱导速度
§ 2.5.2 环量与涡量的关系
或：
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。
空气动力学的理论基础及实用方法
空气动力学的理论基础及实用方法空气动力学是研究气体在流体力学背景下的运动和力学行为的学科。
他是现代航空、天空科学中发展最快、知识量最大的分支之一，伴随着人类勇攀高空和深空的追求，空气动力学的发展也变得格外重要。
本文将从空气动力学的理论基础和实用方法两方面进行探讨。
一、理论基础1. Reynold数海洋的浪花漫过了沙滩，空气在空中飘荡。
然而，对于运动的物体而言，无论它们是飞机或者是汽车，来自气流的阻力就会阻碍物体前进的速度。
对于能够调整它们的运动方式，减少阻力的机制而言，Reynold数就是理论基础中的重要参数。
Reynold数可以看作是“速度除以粘性系数的比值”，用来判断气体是否可以被视为一层不可压缩的物质。
具体而言，如果Reynold数小于2100，那么气流被视为层流；如果Reynold数大于4000，那么气流被视为湍流；如果在2100和4000之间，则转换区域并不稳定，需要使用难度更大的数学公式进行分析。
2. 化学反应在空气动力学中，化学反应同样是理论基础的重要组成部分。
一些创新的技术，如喷水等操作，都是基于控制化学反应过程来实现的。
例如，在涡流喷气发动机（turbofan）中，高压气流经过燃料喷嘴时，与燃料相互作用，产生高能量燃烧反应，从而提供大量的推力。
但是，要了解从燃料到推力的过程涉及到大量的化学和物理学知识，这些学科相互依存，彼此交错。
因此，在工程领域中实际应用这些基础理论时，必须进行准确和细致的计算和论证。
3. Navier-Stokes方程Navier-Stokes方程是描述气动力学现象的一组完整的方程式。
它是描述空气运动、热、质量传递和化学反应的主要背景，几乎出现在每个研究气动力学问题的工程师和科学家的笔记本上。
Navier-Stokes方程的组合与运动物体的物理性质相互交互，为研究气动力学现象打下了基础。
二、实用方法1. 试验试验是空气动力学研究的中心，通过对实际的研究对象进行测量和分析，来验证和完善理论预测。
空气动力学基础知识
理论分析
数值计算
我国发展概述
风筝、火箭、竹蜻蜓、气球等 1934年、航空工程系 50、60年代航空工业崛起 70年代建立门类齐全的航空工业体系 改革开放后跨越发展
第一节 空气动力学的基本知识
一、流场
定义 可流动的介质（水，油，气等）称为流体，流体所占据的 空间称为流场。 流场的描述 流体流动的速度、加速度以及密度p、压强p、温度T（流体 的状态参数）等 — 几何位置与时间的函数 （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： 流体微团流动形成的轨线， 流线不相交、流体微团不穿越流线（分子的排斥性）
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：
实验研究
风洞、水洞、激波管中进行的模型试验（相似原理） 飞行试验 优点：较真实、可靠 不足：不能完全、准确模拟、测量精度、人力、物理 流动现象=》物理模型=》基本方程=》求解=》分析、判断=》修 正 揭示内在规律，受数学发展水平限制、难满足复杂问题 近似计算方法（有限元） 经费少、但有时结果可靠性差
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 物体静止，空气流动 相对速度相同时，流场中 空气动力相同 物体运动，空气静止
二、连续方程
ogyg y og
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 安德森 双语
空气动力学基础安德森双语空气动力学基础安德森双语1. 引言：空气动力学是研究物体在空气中运动和相互作用的学科。
本文将主要介绍《空气动力学基础》这本双语教材的内容以及对该主题的个人观点和理解。
2. 《空气动力学基础》是美国空军学院出版的一本经典教材，由约翰·D·安德森（John D. Anderson）教授编写。
该书以深度和广度的方式系统地介绍了空气动力学的基本原理和应用。
在这本书中，安德森教授通过现代空气动力学的数学模型和理论推导，深入剖析了各种空气动力学现象的物理本质和数学描述。
3. 本书分为六个部分，分别是空气动力学的基础知识、空气动力学的势流理论、空气动力学的边界层理论、空气动力学的定常流理论、空气动力学的非定常流理论以及空气动力学的应用。
通过这些部分的学习，读者可以全面了解空气动力学的原理和相关应用。
4. 在《空气动力学基础》一书中，安德森教授详细介绍了空气动力学的基础概念，如气动力和气动力矩的计算方法，以及空气动力学的流体力学基础。
他还深入研究了各种流动模式，包括定常流、非定常流和可压缩流。
该书还探讨了空气动力学在航空航天工程、气动设计和飞行力学等领域的实际应用。
5. 个人观点和理解：空气动力学作为一门重要的工程学科，对于航空航天工程和其他领域的研究具有重要意义。
通过学习《空气动力学基础》这本双语教材，我更深入地了解了空气动力学的原理和应用。
我认为，空气动力学的研究不仅帮助我们更好地理解机械和结构在大气中的运动和行为，还为航空航天技术的发展提供了关键支持。
6. 总结回顾：通过本文的撰写，我向你介绍了《空气动力学基础》这本双语教材的内容和对该主题的个人观点和理解。
该书所涵盖的内容广泛而深入，通过解析空气动力学的基本原理和应用，为读者提供了全面和深刻的知识。
通过学习该书，读者可以更好地理解空气动力学的原理和应用，并将其运用于实际工程项目中。
空气动力学作为一门重要的工程学科，对于航空航天工程和其他领域的研究具有重要意义。
空气动力学基础--空气动力学 ppt课件
PPT课件
7
体积流量
Q Av
质量流量
qm Av
PPT课件
8
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 A1v1 2 A2v2 3 A3v3 ...
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
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23
2.4 作用在飞机上的空气动力
2.4.1 空气动力、升力和阻力 2.4.2 升力的产生 2.4.3 阻力 2.4.4 升力和阻力 2.4.5 升力系数曲线、阻力系数曲线和升阻比曲线、极
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
PPT课件
5
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。
曲线 2.4.6 机翼的压力中心和焦点(空气动力中心)
PPT课件
24
2.4.1 空气动力、升力和阻力
空气动力
空气作用在与之有相对运动物体上的 力称为空气动力。
飞机飞行时，作用在飞机各部件上 的空气动力的合力叫做飞机的总空 气动力， 用R 表示。
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空气动力学基础
空气动力学是研究空气对物体的作用力和物体在空气中运动规律的
学科。
它在航空航天工程中起着重要的作用。
本文将介绍空气动力学
的基本概念、主要原理和应用。
一、空气动力学概述
空气动力学是围绕着气体流动学和力学展开的学科，主要研究气体
与物体相互作用产生的力以及物体在气体中的运动。
空气动力学基础
理论包括气体流动方程、边界条件和流场特性等。
它是航空航天工程
设计和性能分析的重要依据。
二、空气动力学原理
1. 气体流动方程
空气动力学中的主要流动方程是连续性方程、动量方程和能量方程。
连续性方程描述了流体的质量守恒，动量方程描述了流体的动量守恒，能量方程描述了流体的能量守恒。
2. 升力和阻力
在运动中的物体受到空气的作用力，其中最重要的是升力和阻力。
升力使得物体能够克服重力向上运动，而阻力则阻碍物体的运动。
这
两个力的大小和方向与物体的形状、速度和气体性质等有关。
3. 测试和模拟
为了研究物体在空气中的行为，人们通常会进行实验和数值模拟。
实验方法包括风洞试验和模型试飞等，而数值模拟则利用计算机技术
对气体流动进行数值计算和模拟。
三、空气动力学应用
1. 飞行器设计
空气动力学是飞行器设计的重要基础。
通过研究飞行器在不同速度
和高度下的空气动力学特性，可以优化飞行器的外形设计，提高其升
阻比，提高飞行效率和安全性。
2. 空气动力学仿真
使用计算机模拟和仿真技术，可以在设计阶段对飞行器进行空气动
力学分析。
这样可以预测飞行器在各种工况下的性能和稳定性，指导
设计改进。
3. 空气动力学研究
空气动力学研究不仅应用于飞行器设计，还广泛用于其他领域，如
汽车、建筑物和体育器材等的设计和优化。
通过研究空气动力学原理，可以改进产品性能，提高安全性和舒适度。
四、结论
空气动力学作为研究物体在空气中运动的学科，对于航空航天工程
和其他领域的设计和性能分析至关重要。
通过学习空气动力学的基本
概念和原理，并运用到实际应用中，可以推动科技的进步，提升产品的质量和性能。
空气动力学基础的研究，不仅仅是理论的探索，更是对航空航天领域的革新和发展的推动力。