2015复习提纲 空气动力学
风力机空气动力学基础知识
风力机空气动力学基础知识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。
第二章 空气动力学
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称为流场。 ➢ 流场的选取可根据研究的需要进行确定。可大可小。
非定常流与定常流
➢ 非定常流与非定常流场：
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。
的地方, 却流得比较快。 夏天乘凉时, 我们总喜欢坐在两座房屋之间的过道中, 因
为那里常有“ 穿堂风”。 在山区你可以看到山谷中的风经常比平原开阔的地方来得
大。
连续方程
质量守恒定律
➢ 质量守恒定律是自然界基本的定律之一, 它说明物质既不 会消失, 也不会凭空增加。
➢ 应用在流体的流动上: 在定常流动中，当流体低速、稳 定、连续不断地流动时, 流进任何一个截面的流体质量
➢ 只要相对气流速度相同 ， 产生的空气动力也就相等。
（非定常流动转换为定常流动）
风洞实验
➢ 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。
风洞应用
相对气流方向的判定
➢ 相对气流的方向与飞机运动的方向相反 。
平飞时：
相对气流方向 飞行速度方向
➢ 对于不可压缩的、理想的流体( 没有粘性) 表示为：
p1v2
2
p0
常数
静压
动压
总压
➢ 静压：单位体积流体具有的压力能。在静止的空气中， 静压等于大气压力。 ➢ 动压：单位体积流体具有的功能。 ➢ 总压：静压和动压之和。
p1v2
2
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常数
➢ 上式即为：不可压缩的、理想的流体( 没有粘性) 的伯努利 方程。
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。
(无水印)《工程热力学与气体动力学》辅导提纲
《工程热力学与气体动力学》辅导提纲军区空军自考办工程热力学与气体动力学自学考试辅导提纲一、工程热力学部分（一）气体的性质1、内容提要气体的基本状态参数。
完全气体状态方程。
热力系统。
分子运动论的基本内容及气体的特点。
2、重点内容气体的基本状态参数。
气体状态方程。
具体如下：理解气体的基本状态参数即理解温度、压力和比容的物理意义和计量方式。
理解并写出气体状态方程。
理解热力系统。
熟练掌握气体状态在压容图上的表示。
3、典型例题填空题：（1）若气体被压缩，则其密度，比容。
（2）力学开氏温标与摄氏温标的关系是。
（3）气缸内气体的密度为0.5kg/m3,则气体的比容为。
（4）完全气体的状态方程是。
（5）工程中测量压力的仪器--压力表（真空表）测得是。
选择题：（1）气体比容的定义是（）①单位容积内所含气体的质量②单位质量的气体所含的分子数③单位质量的气体所占的容积④单位容积内所含气体的重量（2）绝热体系是指（）①体系与外界无人和能量交换②体系与外界无机械功交换③体系与外界无热功交换④体系与外界既无热量交换又无质量交换是非题：（1）绝热系统是指系统与外界既无质量交换又无任何能量交换的系统。
（）（2）两瓶气体的摄氏温度差为15度，绝对温度差也为15度。
（）（3）对气体加热，气体就一定膨胀。
（）（４）描述气体状况的物理量称为状态参数。
（）4、思考题、作业题《气体动力学》P74 复习题：5，6，8，9，11，12（二）热力学第一定律1、内容提要热力学第一定律的实质和表述。
气体的内能、容积功和热量。
热力学第一定律的能量方程。
2、重点内容理解热力学第一定律的实质和表述，并能写出热力学第一定律表达式。
理解内能和容积功的概。
理解定容比热、定压比热的概念。
掌握热量的计算。
理解开口体系的能量方程并能写出该能量方程表达式。
理解焓和流动功的概念。
了解能量方程式的应用。
3、典型例题填空题：（1）对完全气体来说，焓也是表征气体所具有的参数，焓的表达式是。
空气动力学总结
空气动力学总结第一章流体的基本属性和流体静力学基础1.连续介质假设：根据空气微团的概念，就可以把空气看做是由空气微团组成的没有间隙的连续体。
2.一般情况下，流体只承受压力，而不承受拉力，在一定的剪切力的作用下，流体会产生连续的变形，因此静止的流体不能承受剪切力。
3.空气微团：指含有很多空气分子的很微小的一团空气，它与飞行器特征尺寸大小相比微不足道的，同时它还要包含足够多的空气分子数目，要使空气密度的平均特征值有确切的含义。
4.在研究飞行器在任何高度飞行所受的空气动力时都可以应用连续介质假设。
（X）原因：只有在对流和平流层可以5.描述流体的主要物理量有密度、温度、压强密度的物理意义：反映流体的稠密程度温度的物理意义：反映分子无规则运动平均动能的大小压强的物理意义：流体单位面积上作用力的大小三者之间的关系：P=ρRT （R 为气体常数）6.理想气体状态方程：P v =RT（对1kg 气体）P V m =R m T（对1kmol 气体）（标准状态下V m =22.414）P v=mRT =nR m T（对mkg 或nkmol 气体）R m 为摩尔气体常数，不仅与气体所处的状态无关，而且还与气体种类无关，又叫通用气体常数。
R 为气体常数，大小为287.06或287，它与所处状态无关，但随气体种类的不同而不同，气体常数和通用气体常数的关系是R m =M·R（M 为物质的摩尔质量）**上述方程中应该使用绝对压力，不能使用直接测量得出的表压****上述方程中的温度应该使用绝对温度（开氏温度）****其中P 的单位是pa 而不是hpa，标准大气压是1013.25hpa**7.不同温度单位、压强单位的换算关系：T F =9/5T+32或T=5/9（T F -32）T K =T C +273.150℃100℃32（华）212（华）273.15K 373.15K **atm 指的是大气压，标准海平面时为1atm**8.流体的压缩性：我们将流体随着压强增大而体积缩小的特性。
空气动力学教学大纲
空气动力学教学大纲一、课程基本信息课程名称：空气动力学课程类别：专业基础课学分：＿____学时：＿____先修课程：高等数学、大学物理、理论力学适用专业：航空航天工程、飞行器设计与工程等二、课程性质与目标（一）课程性质空气动力学是研究物体在与空气相互作用时的受力、运动和能量转换规律的学科。
它是航空航天工程、飞行器设计与工程等专业的重要基础课程，为学生后续学习飞行器设计、飞行力学、推进系统等课程提供必要的理论基础。
（二）课程目标1、使学生掌握空气动力学的基本概念、基本原理和基本方法，包括流体的物理性质、流体运动的基本方程、不可压缩和可压缩流动的特性等。
2、培养学生运用空气动力学知识分析和解决实际问题的能力，能够对简单的空气动力现象进行理论分析和计算。
3、使学生了解空气动力学的发展前沿和应用领域，培养学生的创新意识和工程实践能力。
三、课程内容与教学要求（一）绪论1、空气动力学的研究对象和任务介绍空气动力学的研究范围，包括飞行器、汽车、建筑物等在空气中的运动和受力情况。
阐述空气动力学在工程领域中的重要性和应用。
2、空气动力学的发展简史回顾空气动力学的发展历程，从早期的实验研究到现代的数值计算方法。
介绍一些重要的空气动力学理论和实验成果。
（二）流体的物理性质1、流体的概念和连续介质假设解释流体的定义和特点，与固体的区别。
介绍连续介质假设的概念和意义。
2、流体的密度、压力和温度定义流体的密度、压力和温度，以及它们的单位和测量方法。
讲解压力的表示方法和压力梯度的概念。
3、流体的粘性和可压缩性解释流体的粘性产生的原因和影响。
介绍流体可压缩性的概念和判断标准。
（三）流体运动的基本方程1、描述流体运动的方法介绍拉格朗日法和欧拉法两种描述流体运动的方法，并比较它们的优缺点。
给出流线、迹线等概念。
2、质量守恒方程（连续性方程）推导连续性方程，解释其物理意义。
通过实例说明连续性方程的应用。
3、动量守恒方程（运动方程）推导运动方程，解释各项的物理意义。
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。
汽车动力学之空气动力学
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1.空气动力学基础知识节
1.3 压力系数
定义
常用压力系数来表示物体在气流流场中表面各点压力的大小。 压力系数定义： CP =
P－P∞ V )2 C = 1 － ( ； 可整理为： P 2 V∞ ρV∞ /2
ＣＰ≤１。ＣＰ＝１处，Ｖ＝０，是驻点。
表示方法
矢量法 坐标法
汽车空气动力学
2.汽车空气动力与空气动力矩
前四种为压力阻力。
Cd总值：0.45 A—形状阻力(Cd=0.262)； B—干扰阻力(Cd=0.064)； C—形状阻力(Cd=0.053)； D—形状阻力(Cd=0.031)； E—形状阻力(Cd=0.040)。
3.空气阻力
3.2 形状阻力
形状阻力主要是压差阻力，是由车身的外部形状决定的。
前风窗对空气阻力的影响 • 前风窗对气流的影响 • 减小前风窗处空气阻力的措施
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1.空气动力学基础知识节 • 减小形状阻力的措施 • 降低逆压梯度 减缓物体背流面的截面变化，使分离 点（分离线）向后移，减小尾流区。 • 增大紊流度 增大物面的粗糙度。 分离是产生在附面层 • 流体没有粘度，就没有附面层。 • 没有附面层，就不会产生气流分离现象。 汽车上的分离区 气流在前风窗下部、车顶前端、行李前 部等处分离后，又重新附着，形成分离区（亦 称为“气泡”( bubble)）。
理想的发动机空气冷却系统
• • • • • • 气流通道为密封的直管道； 散热器面积大，进入的气流速度低； 全部气流都流经散热器； 通道面积变化缓和，无涡流产生； 流经散热器的气流为紊流； 可根据散热要求调节气流流量。
汽车空气动力学
4.空气升力
4.1 空气升力
空气动力学前两章
第一章飞机和大气的一般介绍飞机和气球都能升空，但升空的道理不同。
气球比空气轻，完全依靠空气的浮力而升空。
飞机是比空气重的飞行器，它必须以相当大的速度形成与空气之间的相对运动，来产生在空中支托它的空气动力。
没有相对运动，就没有空气动力，飞机也就不可能在空中飞行。
因此，要了解空气动力的产生和变化规律，必须对飞机和大气有一个基本的了解。
本章主要介绍大气的一般常识和飞机的主要组成部分。
它是后面学习和研究空气流动规律以及空气动力的基础知识。
第一节飞机的一般介绍飞机目前已被广泛使用，它不仅是人类征服自然的重要工具，也是军事斗争的有力武器之一。
现代军用飞机，按其担负任务的不同，主要分为歼击机、强击机、侦察机、运输机、教练机、救护机、预警机、联络机和空中加油机等。
飞机的结构型式多种多样，并且还在不断地改进发展，但是，大多数飞机的组成是基本相同的。
下面介绍一般飞机的基本组成及其功用，以及机翼的形状和几何参数。
一、飞机的基本组成及其功用飞机的基本组成和各部分的名称如图1—1所示。
（一）机翼——主要用来产生升力，支托飞机在空中飞行。
在机翼上一般都装有副翼和襟翼。
副翼安装在机翼后部靠翼尖的地方，主要用来操作飞机滚转。
例如，飞行中，飞行员向左压驾驶杆时，左边的副翼向上偏转，右边的副翼向下偏转，飞机向左滚转（见图1—2）；反之向右压杆时，飞机向右滚转。
襟翼安装在机翼后部靠翼根的地方，在必要时，用来增加飞机的升力。
（二）尾翼——主要用来保证飞机飞得平稳，以及操作飞机上仰、下俯或左右偏转。
尾翼由垂直尾翼和水平尾翼两部分组成。
垂直尾翼位于机身后段上部，其中固定部分叫垂直安定面，起方向安定作用；铰接在垂直安定面后面的活动部分叫方向舵，用来操作飞机左右偏转。
例如飞行员蹬左脚蹬时，方向舵向左偏转，飞机机头向左偏（见图1—3）。
蹬右脚蹬时，方向舵向右偏转，飞机机头向右偏。
水平尾翼的主要结构型式有两种，即全动式平尾和非全动式平尾。
歼五、米格—15亚比斯等音速飞机采用的是非全动式平尾。
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）