空气动力学

【专家解说】：空气力 放类: 科、物理、教育、物理、科 目录 • 空气力发展简史 • 空气力研究内容 • 空气力研究 • 其力支科 空气力力支主要研究物体同气体作相运情况受力特性、气体流规律伴随发物理化变化流体力基础随着航空工业喷气推进技术发展起科 空气力发展简史 [编辑本段] 早空气力研究追溯类鸟或弹丸飞行受力力作用式种种猜测17世纪期荷兰物理家惠更斯首先估算物体空气运阻力;1726牛顿应用力原理演绎:空气运物体所受力比于物体运速度平物体特征面积及空气密度工作看作空气力经典理论始 1755数家欧拉描述粘性流体运微程即欧拉程些微形式力程特定条件积实用价值结19世纪半叶纳维英斯托克斯提描述粘性压缩流体量守恒运程称纳维-斯托克斯程 19世纪末经典流体力基础已经形20世纪随着航空事业迅速发展空气力便流体力发展并形力新支 航空要解决首要问题何获飞行器所需要举力、减飞行器阻力提高飞行速度要理论实践研究飞行器与空气相运作用力产及其规律1894英兰彻斯特首先提限翼展机翼或翼型产举力环量理论限翼展机翼产举力涡旋理论等兰彻斯特想并未广泛重视 约1901~1910间库塔儒科夫斯基别独立提翼型环量举力理论并给举力理论数形式建立二维机翼理论1904德普朗特发表著名低速流边界层理论该理论指同流区域控制程同简化形式 边界层理论极推进空气力发展普朗特限翼展三维机翼理论系统化给数结创立限翼展机翼举力线理论能适用于失速、掠展弦比情况1946美琼期提展弦比机翼理论利用理论边界层理论足够精确求机翼压力布表面摩擦阻力 近代航空喷气技术迅速发展使飞行速度迅猛提高高速运情况必须流体力热力两门科结合起才能确认识解决高速空气力问题1887~1896间奥利科家马赫研究弹丸运扰传播指:于或于声速同流弹丸引起扰传播特征根本同 高速流流速度与声速比重要量纲参数1929德空气力家阿克莱特首先量纲参数与马赫名字联系起十马赫数特征参数气体力广泛引用 扰超声速流传播叠加起形限量突跃--激波许实际超声速流存着激波气流通激波流场参量发突跃熵增加总能量保持变 英科家兰金1870、科家许贡纽1887别独立建立气流通激波所应满足关系式超声速流场数处理提供确边界条件于薄冀扰问题阿克莱特1925提二维线化机冀理论相应现三维机翼线化理论些超声速流线化理论圆满解决流扰影响问题 飞行速度或流速度接近声速飞行器气性能发急剧变化阻力突增升力骤降飞行器操纵性稳定性极度恶化航空史著名声障推力发机现冲声障并没解决复杂跨声速流问题直至20世纪60代由于跨声速巡航飞行、机飞行及发展高效率喷气发机要求跨声速流研究更加受重视并发展 远程导弹造卫星研制推高超声速空气力发展50代60代初确立高超声速粘流理论气力工程计算60代初高超声速流数值计算迅速发展通研究些现象规律发展高温气体力、高速边界层理论非平衡流理论等 由于高温条件引起飞行器表面材料烧蚀质量引射需要研究高温气体相流空气力发展现与种科相结合特点 空气力发展另重要面实验研究包括风洞等各种实验设备发展实验理论、实验、测试技术发展世界第风洞英韦纳姆1871建今适用于各种模拟条件、目、用途各种测量式风洞已数十种风洞实验内容极广泛 20世纪70代激光技术、电技术电计算机迅速发展极提高空气力实验水平计算水平促进高度非线性问题复杂结构流研究 除述由航空航事业发展推进空气力发展外60代由于交通、运输、建筑、气象、环境保护能源利用等面发展现工业空气力等支科 空气力研究内容 [编辑本段] 通所说空气力研究内容飞机导弹等飞行器名种飞行条件流场气体速度、压力密度等参量变化规律飞行器所受举力阻力等空气力及其变化规律气体介质或气体与飞行器间所发物理化变化及传热传质规律等意义讲空气力两种类: 首先根据流体运速度范围或飞行器飞行速度空气力低速空气力高速空气力通致400千米/速度作划界线低速空气力气体介质视压缩应流称压缩流于速度流须考虑气体压缩性影响气体热力特性变化种应于高速空气力流称压缩流 其根据流否必须考虑气体介质粘性空气力理想空气力(或理想气体力)粘性空气力 除述类外空气力些边缘性支科例稀薄气体力、高温气体力等 低速空气力介质密度变化视数使用基本理论粘二维三维位势流、翼型理论、举力线理论、举力面理论低速边界层理论等;于亚声速流粘位势流服非线性椭圆型偏微程研究类流主要理论近似扰线化普朗特-格劳厄脱则、卡门-钱森公式速度图粘性流面压缩边界层理论;于超声速流粘流所服程非线性双曲型偏微程 超声速流基本研究内容压缩波、膨胀波、激波、普朗特-迈耶尔流、锥型流等等主要理论处理超声速扰理论、特征线高速边界层理论等跨声速粘流外流内流两部流变化复杂流控制程非线性混合型偏微程理论求解困难较 高超声速流主要特点高马赫数能量高超声速流真实气体效应激波与边界层相互干扰问题变比较重要高超声速流粘流高超声速粘性流两面 工业空气力主要研究气边界层风同各种结构物类间相互作用及气边界层内风特性、风建筑物作用、风引起质量迁移、风运输车辆作用风能利用及低层气流特性各种颗粒物气扩散规律特别端流扩散规律等等 空气力研究 [编辑本段] 空气力研究理论实验两面理论实验研究两者彼密切结合相辅相理论研究所依据般原理:运面遵循质量守恒定律;力面遵循牛顿第二定律;能量转换传递面遵循能量守恒定律;热力面遵循热力第第二定律;介质属性面遵循相应气体状态程粘性、导热性变化规律等等 实验研究则借助实验设备或装置观察记录各种流现象测量气流同物体相互作用发现新物理特点并找规律性结由于近代高速电计算机迅速发展数值计算研究复杂流受力计算面起着重要作用高速电计算机实验研究作用益增理论研究、实验研究、数值计算三面紧密结合近代空气力研究主要特征 空气力研究程般:通实验观察流现象机理进行析提合理力模型根据述几面物理定律提描述流基本程定解条件;根据实验结再进步检验理论析或数值结确性适用范围并提进步深入进行实验或理论研究问题断反复、广泛深入揭示空气力问题本质 20世纪70代空气力发展较跃领域湍流、边界层渡、激波与边界层相互干扰、跨声速流、涡旋离流、相流、数值计算实验测试技术等等外工业空气力、环境空气力及考虑物理化变化气体力发展