空气动力学基础(刘沛清-2017-12).pptx

LUSHIJIALABORATORY;空气动力学基础;1.1 空气动力学发展史;（1）达·芬奇;（1）达·芬奇

15世纪70年代，达芬奇画出的一种由飞行员自己提供动力的飞行器，并称这种飞行器为“扑翼飞机”。;（2）乔治·凯利（1773-1857）古典空气动力学之父，英国人;风筝在有风的情况下，气流绕过有迎角的表面产生垂直于风筝表面的总空气动力。总空气动力分为垂直向上的升力和水平方向的阻力。拉力在水平方向的分力克服阻力，竖直向下的分力和重力一起平衡升力。;(2）乔治·凯利

但是，当时的技术还未能制造合适的发动机，于是凯利便以俯冲作为推进动力发明了滑翔机。;鸟在翱翔时的受力

。;(3）李林达尔，O.（1848-1896）;莱特兄弟

奥维尔（1871—1948）维尔伯（1867—1912）世人一般认为他们于

1903年12月17日首次完成完全受控制、附机载外部动力、机体比空气浮力大、可持续飞行，并因此将发明了世界上第一架实用飞机的成就归功给他们。;1903年12月17日，世界上第一架有动力、可操纵的飞机由美国莱特兄弟驾驶试飞成功。飞行者1号的起飞重量仅仅360kg，勉强能载一个人飞离地面，速度比汽车还慢，只有48km/h，最成功一;莱特兄弟的飞机设计图;;1906年，俄罗斯科学院院士儒可夫斯基（Joukowski，1847年～1921年）发表了著名的升力公式，奠定了二维机翼理论的基础，并提出以他名字命名的翼型。1918-1919年，德国力学家、世界流体力学大师普朗特（LudwigPrandtl，1875～1953年）提出了著名的大展弦比机翼的升力线理论。;二十世纪二十年到三十年代，空气动力学的理论和实验得到迅速发展

，所建造的许多低速风洞，对各种飞行器研制进行了大量的实验，从而很大程度上改进了飞机的气动外形，实现了飞机动力增加不大的情况下，使飞机的飞行速度从50m/s增大到170m/s。;1925年，瑞士科学家普朗特的学生阿克莱特（Ackeret）导出翼型的超声速线化理论，1939年戈泰特提出了亚声速三维机翼的相似法则，1944年美籍科学家普朗特的学生冯

·卡门和钱学森（导师冯.卡门）采用速度图法，提出了比普朗特-葛劳渥（Glauert）相似性法则更为精确的亚声速相似率公式，1946年钱学森首先提出高超声速相似率。二十世纪三十年至四十年代，人类建造了一批超声速风洞

，使飞机在二十世纪四十年代末突破了“声障”，二十世纪五十年代随后突破了“热障”，实现了超声速飞行和人造卫星。;美籍科学家西奥多·冯·卡门（1881年～1963年）;二层与三层机翼的飞机（德国福克Dr.I三翼战斗机）;;1.2低速物体绕流（相对飞行原理）;相对飞行原理，为空气动力学的研究提供了便利，相对飞行原理是空气动力学实验的基本原理。人们在实验研究时，可以将飞行器模型固定不动，人工制造直匀气流流过模型，以便观察流动现象，测量模型受到的空气动力，进行试验空气动力学研究，而且在风洞试验中让空气流动要比让物体移动更容易实现。;理想流体圆柱绕流;在零压梯度下的层流边界层的发展;在可变压力梯度下的边界层的形成与发展;圆柱绕流边界层分离;圆柱与翼型绕流;1738年瑞士科学家伯努利（Daniel Bernoulli ，1700年

～1782年）将质点动能定理沿着同一微元流管两截面建立

，导出一元流机械能守恒方程，即著名的理想流体定常流动的能量方程(后称为伯努利方程)。对于理想不可压缩流体的定常流动，在质量力为忽略的情况下，沿同一条流线上的单位质量流体质点的总机械能守恒（压强势能和动能之和不变）。;瑞士数学家与流体力学家伯努利

（DanielBernoulli,1700年～1782年）;通过观察可以发现，鸟类的翅膀有独特的形状。通常拥有一定的弯曲程度，并且剖面呈流线型。这个独特地剖面形状就叫做翼型。;;1738年瑞士科学家伯努利给出理想流体能量方程式，建立了空气压强与速度之间的定量关系，为正确认识升力提供了理论基础，特别是由该能量定理得出，翼型上的升力大小不仅与下翼面作用的空气顶托力有关，也与上翼面的吸力有关，后来的风洞试验证实：这个上翼面吸力约占翼型总升力的60%～70%。;弦线;;按照定义，飞行器的升力（垂直于来流方向）表达式为;李林达尔给出机翼升阻比定义为;平板与翼型的升阻比;飞机的机翼正是借助这种方法产生升力。翼型因不同的速度需求而变得多样化，但归根结底都是为了满足升力的需要。;机翼平面形状;诱导阻力

由于翼尖涡的诱导，导致气流下洗，在平行于相对气流方向出现阻碍飞机前进的力，这就是诱导阻力。;1.4 飞机阻力;阻力系数可分为;对于高亚声速大型飞机在巡航时，飞机表面摩擦阻力占总阻力的50%，诱导阻力占30%，激波阻力占