空氣動力學(xué)

【專家解說】：空氣力 放類: 科、物理、教育、物理、科 目錄 ? 空氣力發(fā)展簡史 ? 空氣力研究內(nèi)容 ? 空氣力研究 ? 其力支科 空氣力力支主要研究物體同氣體作相運情況受力特性、氣體流規(guī)律伴隨發(fā)物理化變化流體力基礎(chǔ)隨著航空工業(yè)噴氣推進技術(shù)發(fā)展起科 空氣力發(fā)展簡史 [編輯本段] 早空氣力研究追溯類鳥或彈丸飛行受力力作用式種種猜測17世紀期荷蘭物理家惠更斯首先估算物體空氣運阻力;1726牛頓應(yīng)用力原理演繹:空氣運物體所受力比于物體運速度平物體特征面積及空氣密度工作看作空氣力經(jīng)典理論始 1755數(shù)家歐拉描述粘性流體運微程即歐拉程些微形式力程特定條件積實用價值結(jié)19世紀半葉納維英斯托克斯提描述粘性壓縮流體量守恒運程稱納維-斯托克斯程 19世紀末經(jīng)典流體力基礎(chǔ)已經(jīng)形20世紀隨著航空事業(yè)迅速發(fā)展空氣力便流體力發(fā)展并形力新支 航空要解決首要問題何獲飛行器所需要舉力、減飛行器阻力提高飛行速度要理論實踐研究飛行器與空氣相運作用力產(chǎn)及其規(guī)律1894英蘭徹斯特首先提限翼展機翼或翼型產(chǎn)舉力環(huán)量理論限翼展機翼產(chǎn)舉力渦旋理論等蘭徹斯特想并未廣泛重視 約1901~1910間庫塔儒科夫斯基別獨立提翼型環(huán)量舉力理論并給舉力理論數(shù)形式建立二維機翼理論1904德普朗特發(fā)表著名低速流邊界層理論該理論指同流區(qū)域控制程同簡化形式 邊界層理論極推進空氣力發(fā)展普朗特限翼展三維機翼理論系統(tǒng)化給數(shù)結(jié)創(chuàng)立限翼展機翼舉力線理論能適用于失速、掠展弦比情況1946美瓊期提展弦比機翼理論利用理論邊界層理論足夠精確求機翼壓力布表面摩擦阻力 近代航空噴氣技術(shù)迅速發(fā)展使飛行速度迅猛提高高速運情況必須流體力熱力兩門科結(jié)合起才能確認識解決高速空氣力問題1887~1896間奧利科家馬赫研究彈丸運擾傳播指:于或于聲速同流彈丸引起擾傳播特征根本同 高速流流速度與聲速比重要量綱參數(shù)1929德空氣力家阿克萊特首先量綱參數(shù)與馬赫名字聯(lián)系起十馬赫數(shù)特征參數(shù)氣體力廣泛引用 擾超聲速流傳播疊加起形限量突躍--激波許實際超聲速流存著激波氣流通激波流場參量發(fā)突躍熵增加總能量保持變 英科家蘭金1870、科家許貢紐1887別獨立建立氣流通激波所應(yīng)滿足關(guān)系式超聲速流場數(shù)處理提供確邊界條件于薄冀擾問題阿克萊特1925提二維線化機冀理論相應(yīng)現(xiàn)三維機翼線化理論些超聲速流線化理論圓滿解決流擾影響問題 飛行速度或流速度接近聲速飛行器氣性能發(fā)急劇變化阻力突增升力驟降飛行器操縱性穩(wěn)定性極度惡化航空史著名聲障推力發(fā)機現(xiàn)沖聲障并沒解決復(fù)雜跨聲速流問題直至20世紀60代由于跨聲速巡航飛行、機飛行及發(fā)展高效率噴氣發(fā)機要求跨聲速流研究更加受重視并發(fā)展 遠程導(dǎo)彈造衛(wèi)星研制推高超聲速空氣力發(fā)展50代60代初確立高超聲速粘流理論氣力工程計算60代初高超聲速流數(shù)值計算迅速發(fā)展通研究些現(xiàn)象規(guī)律發(fā)展高溫氣體力、高速邊界層理論非平衡流理論等 由于高溫條件引起飛行器表面材料燒蝕質(zhì)量引射需要研究高溫氣體相流空氣力發(fā)展現(xiàn)與種科相結(jié)合特點 空氣力發(fā)展另重要面實驗研究包括風(fēng)洞等各種實驗設(shè)備發(fā)展實驗理論、實驗、測試技術(shù)發(fā)展世界第風(fēng)洞英韋納姆1871建今適用于各種模擬條件、目、用途各種測量式風(fēng)洞已數(shù)十種風(fēng)洞實驗內(nèi)容極廣泛 20世紀70代激光技術(shù)、電技術(shù)電計算機迅速發(fā)展極提高空氣力實驗水平計算水平促進高度非線性問題復(fù)雜結(jié)構(gòu)流研究 除述由航空航事業(yè)發(fā)展推進空氣力發(fā)展外60代由于交通、運輸、建筑、氣象、環(huán)境保護能源利用等面發(fā)展現(xiàn)工業(yè)空氣力等支科 空氣力研究內(nèi)容 [編輯本段] 通所說空氣力研究內(nèi)容飛機導(dǎo)彈等飛行器名種飛行條件流場氣體速度、壓力密度等參量變化規(guī)律飛行器所受舉力阻力等空氣力及其變化規(guī)律氣體介質(zhì)或氣體與飛行器間所發(fā)物理化變化及傳熱傳質(zhì)規(guī)律等意義講空氣力兩種類: 首先根據(jù)流體運速度范圍或飛行器飛行速度空氣力低速空氣力高速空氣力通致400千米/速度作劃界線低速空氣力氣體介質(zhì)視壓縮應(yīng)流稱壓縮流于速度流須考慮氣體壓縮性影響氣體熱力特性變化種應(yīng)于高速空氣力流稱壓縮流 其根據(jù)流否必須考慮氣體介質(zhì)粘性空氣力理想空氣力(或理想氣體力)粘性空氣力 除述類外空氣力些邊緣性支科例稀薄氣體力、高溫氣體力等 低速空氣力介質(zhì)密度變化視數(shù)使用基本理論粘二維三維位勢流、翼型理論、舉力線理論、舉力面理論低速邊界層理論等;于亞聲速流粘位勢流服非線性橢圓型偏微程研究類流主要理論近似擾線化普朗特-格勞厄脫則、卡門-錢森公式速度圖粘性流面壓縮邊界層理論;于超聲速流粘流所服程非線性雙曲型偏微程 超聲速流基本研究內(nèi)容壓縮波、膨脹波、激波、普朗特-邁耶爾流、錐型流等等主要理論處理超聲速擾理論、特征線高速邊界層理論等跨聲速粘流外流內(nèi)流兩部流變化復(fù)雜流控制程非線性混合型偏微程理論求解困難較 高超聲速流主要特點高馬赫數(shù)能量高超聲速流真實氣體效應(yīng)激波與邊界層相互干擾問題變比較重要高超聲速流粘流高超聲速粘性流兩面 工業(yè)空氣力主要研究氣邊界層風(fēng)同各種結(jié)構(gòu)物類間相互作用及氣邊界層內(nèi)風(fēng)特性、風(fēng)建筑物作用、風(fēng)引起質(zhì)量遷移、風(fēng)運輸車輛作用風(fēng)能利用及低層氣流特性各種顆粒物氣擴散規(guī)律特別端流擴散規(guī)律等等 空氣力研究 [編輯本段] 空氣力研究理論實驗兩面理論實驗研究兩者彼密切結(jié)合相輔相理論研究所依據(jù)般原理:運面遵循質(zhì)量守恒定律;力面遵循牛頓第二定律;能量轉(zhuǎn)換傳遞面遵循能量守恒定律;熱力面遵循熱力第第二定律;介質(zhì)屬性面遵循相應(yīng)氣體狀態(tài)程粘性、導(dǎo)熱性變化規(guī)律等等 實驗研究則借助實驗設(shè)備或裝置觀察記錄各種流現(xiàn)象測量氣流同物體相互作用發(fā)現(xiàn)新物理特點并找規(guī)律性結(jié)由于近代高速電計算機迅速發(fā)展數(shù)值計算研究復(fù)雜流受力計算面起著重要作用高速電計算機實驗研究作用益增理論研究、實驗研究、數(shù)值計算三面緊密結(jié)合近代空氣力研究主要特征 空氣力研究程般:通實驗觀察流現(xiàn)象機理進行析提合理力模型根據(jù)述幾面物理定律提描述流基本程定解條件;根據(jù)實驗結(jié)再進步檢驗理論析或數(shù)值結(jié)確性適用范圍并提進步深入進行實驗或理論研究問題斷反復(fù)、廣泛深入揭示空氣力問題本質(zhì) 20世紀70代空氣力發(fā)展較躍領(lǐng)域湍流、邊界層渡、激波與邊界層相互干擾、跨聲速流、渦旋離流、相流、數(shù)值計算實驗測試技術(shù)等等外工業(yè)空氣力、環(huán)境空氣力及考慮物理化變化氣體力發(fā)展