从航空发展看空气动力学资料.doc

从航空发展看空气动力学 田春光 土木工程与力学学院理论与应用力学专业基地班2011级 摘要：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，随着和喷气推进技术的发展而成长起来个学科。最早对空气动力学的研究，可以追溯到人类对鸟或弹丸在飞行时的受力和力的作用方式的种种猜测。17世纪后期，荷兰物理学家惠更斯首先估算出物体在空气中运动的阻力；1726年，牛顿应用力学原理和演绎方法得出：在空气中运动的物体所受的力，正比于物体运动速度的平方和物体的特征面积以及空气的密度。这一工作可以看作是空气动力学经典理论的开始。1755年，数学家欧拉得出了描述无粘性流体运动的微分方程，即欧拉方程。这些微分形式的动力学方程在特定条件下可以积分，得出很有实用价值的结果。19世纪上半叶，法国的纳维和英国的斯托克斯提出了描述粘性不可压缩流体动量守恒的运动方程，后称为纳维-斯托克斯方程。 　　到19世纪末，经典流体力学的基础已经形成。20世纪以来，随着航空事业的迅速发展，空气动力学便从流体力学中发展出来并形成力学的一个新的分支A-12/SR-71黑鸟侦察机Ma=v/a）。现在航空器已经成为人类最复杂最精密的机器之一，其中，空气动力学在动力和外形上的贡献是不可磨灭的，而且，追求更高更快更远的航空工业也在推动着空气动力学不断前进。 二、航空工业简介与航空器简介 2.1航空工业主要指研发、生产和销售航空产品的企业事业单位的总和。航空工业是建设独立自主巩固国防的重要基础。?知识和技术密集; 产品和工艺高度精密、综合性强; 军用与民用结合密切。三、战斗机发展的各个阶段 3.1有动力的的飞机于1903年由莱特兄弟发明。飞机之所以能飞就一定要提到空气动力学上的一个重要发现，那就是空气流速不同处压力的不同。流速快，压强小。为了让飞机飞起来，人们设法利用气流的速度差产生的气动压力差向上推动飞机。所以，人们将飞机机翼的横截面设计成上凸下凹或平。这样空气吹过这样形状的机翼表面时，又有上表面空气走的路程比下表面长，因此上表面空气流速比下表面的快。根据伯努里定理（丹尼尔伯努里于178年提出了的流体力学中一个重要定理。他认为在理想流体的定常流动中，流体压力p，流体速度v，流体的密度ρ和流体的位置H，满足关系式）将产生一个向上的压力差，这个压力差称为飞机的升力，就是这个力将飞机送上天。 飞机自发明之日起仅仅过了3年时间便被运用到了军事行动中。不过当时多是侦查任务，当时的飞行员想如果能把对方的飞机打下来，对自己会是很有帮助的，所以，飞行员们自带手枪，步枪。这就有了最初的战斗机。 3.2开始的飞机多为两翼或三翼，虽然单位受力减轻，增加空气的作用面积，便与操控。但飞机变得笨重，速度慢，已经不适合战争的需要。到第二次世界大战时，几乎所有的战斗机都采用单翼设计，尤其是德国率先使用可收回式起落架和封闭式座舱，是整个飞机更加符合流线型，这源于其空气动力学的进步，这几项改进，使飞机的速度，由于减少了阻力的损耗的能力，使得续航能力也大幅提升。美国人在他们的新飞机P-51“野马”上使用了他们的新型机翼——层流型机翼.层流翼型是它的前缘半径较小，最大厚度位置靠后，能使翼型表面上尽可能保持层流流动，以便减小摩擦阻力。摩擦阻力是在“附面层”（或叫边界层）内产生的。所谓附面层，就是指，空气流过飞机时，贴近飞机表面、气流速度由层外主流速度逐渐降低为零的那一层空气流动层。附面层是怎样形成的呢？原来是，当有粘性的空气流过飞机时，紧贴飞机表面的一层空气，与飞机表面发生粘性摩擦，这一层空气完全粘附在飞机表面上，气流速度降低为零。紧靠这静止空气层的外面第二气流层，因受这静止空气层粘性摩擦的作用，气流速度也要降低，但这种作用要弱些，因此气流速度不会降低为零。再往外，第三气流层又要受第二气流层粘性摩擦的作用，气流速度也要降低，但这种作用更弱些，因此气流速度降低就更少些。这样，沿垂直于飞机表面的方向，从飞机表面向外，由于粘性摩擦作用的减弱，气流速度就一层一层的逐渐增大，到附面层边界，就和主流速度相等了。这层气流速度由零逐渐增大到主流速度的空气层，就是附面层。?附面层内，气流速度之所以越贴近飞机表面越慢，这必然是由于这些流动空气受到了飞机表面给它的向前的作用力的作用的结果。根据作用和反作用定律，这些被减慢的空气，也必然要给飞机表面一个向后的反作用力，这就是飞机表面的摩擦阻力。附面层按其性质不同，可分为层流附面层和紊流附面层。就机翼而言，一般在最大厚度以前，附面层的气流各层不相混杂而分层的流动。这部份叫层流附面层。在这之后，气流流动转变为杂乱无章，并且出现了旋涡和横向运动。这部份叫率流附面层。层流转变为紊流的那一点叫转捩点。附面层内的摩擦阻力与附面