《北航空气动力学》课件.ppt

*******************《北航空气动力学》课程介绍本课程旨在介绍空气动力学基础知识，包括空气动力学基本概念、空气动力学方程、流体动力学、气动热力学等内容。通过本课程学习，学生将掌握流体动力学基本理论，并能够运用这些知识分析和解决实际工程问题。课程内容概述空气动力学基础流体力学基本定律，流体静力学，流体动力学，无粘流动，粘性流动等基础知识飞行器气动设计翼型设计理论，机翼气动特性，机身气动特性，尾翼气动特性，飞机总体气动设计等内容飞行器气动性能分析升力与阻力，气动参数的无量纲表示，气动系数的预测和测量，气动缩比模型试验，数值模拟在气动设计中的应用等内容飞行器气动布局设计喷气发动机原理，飞行器姿态稳定与控制，飞行器气动布局设计，未来航空发展趋势等内容空气动力学基本概念空气动力学研究物体在空气中运动时所产生的力和运动规律，以及如何利用这些力来实现飞行。气流空气作为一种流体，会在物体运动时绕过物体流动，形成气流。气动参数描述物体在空气中运动状态的物理量，如速度、压力、密度等。气动效应物体在空气中运动时所产生的力，如升力、阻力、侧力等。流体力学基本定律1质量守恒定律流体在流动过程中质量始终保持不变，这是流体力学中最基本的定律之一。2动量守恒定律流体系统的动量总和保持不变，反映了流体运动的惯性特性。3能量守恒定律流体系统的能量总和保持不变，包括动能、势能和内能。4牛顿粘性定律描述了流体内部由于流动而产生的内摩擦力，该定律适用于牛顿流体。流体静力学流体静力学概述流体静力学是研究静止流体的平衡条件和力学性质。它是在流体力学基础上建立的学科，广泛应用于航空航天、海洋工程等领域。基本概念流体静力学的基本概念包括压力、密度、浮力等。这些概念是研究静止流体平衡和力学性质的基础。流体动力学流体运动研究流体运动规律，包括流体在不同外力作用下的运动形式和速度变化。压力分布分析流体内部的压力分布，包括静压和动压，以及它们与流体速度之间的关系。粘性效应研究流体内部的粘性力对流体运动的影响，包括边界层、摩擦阻力等。能量守恒应用能量守恒定律分析流体的能量转换和流动过程，例如伯努利方程。无粘流动理想流体假设无粘流动基于理想流体假设，即流体没有粘性，内部无摩擦力。流线在无粘流动中，流体粒子沿着流线运动，流线互不交叉。伯努利定理伯努利定理是无粘流动的基本定律之一，描述了流体速度和压力的关系。粘性流动粘性流动定义流体内部存在内摩擦力的流动称为粘性流动，也称为实际流动。粘性流动中的流体运动受到粘性的影响，导致能量损失。粘性流动特征粘性流动是现实世界中常见的流动类型，例如飞机在空气中的飞行。流体粘性会导致边界层形成，边界层内流速梯度很大，摩擦力显著。边界层理论流体粘性空气动力学中，边界层是流体与固体表面之间发生的薄层区域，这里流体流动受到粘性的影响。边界层特性边界层内，流体速度从靠近固体表面处的零逐渐增加到自由流速度。边界层分离边界层分离是边界层与固体表面脱离，形成涡流，对飞行器气动性能产生负面影响。层流与湍流层流流体粒子沿平滑的、有规律的路径流动。层流流体中的流体粒子保持平行的运动轨迹，不会互相混合。湍流流体粒子以不规则、随机的方式运动。湍流流体中的流体粒子相互混合，产生漩涡和湍流。层流与湍流的区分根据流体速度、粘度和特征长度的组合，即雷诺数，来区分层流和湍流。空气动力力和力矩的定义1空气动力力的定义空气动力力是指流体作用于物体表面的力，是空气动力学研究的核心内容。2空气动力力的分类根据力的方向可分为升力、阻力、侧力和纵向力等。3空气动力力矩的定义空气动力力矩是指空气动力力对物体绕某一轴的旋转作用。4空气动力力矩的分类根据力矩方向可分为俯仰力矩、偏航力矩和滚转力矩。升力与阻力升力机翼产生的垂直于来流方向的力，使飞机升空。阻力机翼产生的平行于来流方向的力，阻碍飞机飞行。气动参数的无量纲表示参数无量纲形式意义速度马赫数(Ma)速度与音速之比长度弦长(c)翼型或机翼的参考长度粘性雷诺数(Re)惯性力与粘性力之比升力与阀角关系1升力系数随阀角增加而增大2最大升力出现在特定阀角3临界阀角超过后升力下降4失速现象升力急剧下降升力与阀角之间存在复杂的关系。随着阀角的增加，升力系数也会随之增大。当达到特定阀角时，升力达到最大值。如果继续增加阀角，升力系数会开始下降，甚至出现失速现象，导致升力急剧下降。这一关系对飞行器设计至关重要，需要根据不同的飞行状态选择合适的阀角。阻力与雷诺数关系雷诺数是流体