空气动力学的历史
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空气动力学基础知识目录一、空气动力学概述 (2)1. 空气动力学简介 (3)2. 发展历史及现状 (4)3. 应用领域与重要性 (5)二、空气动力学基本原理 (6)1. 空气的力学性质 (7)1.1 气体状态方程 (8)1.2 空气密度与温度压力关系 (8)1.3 空气粘性 (9)2. 牛顿运动定律在空气动力学中的应用 (10)2.1 力的作用与动量变化 (11)2.2 牛顿第二定律在空气动力学中的体现 (13)3. 空气动力学基本定理 (14)3.1 伯努利定理 (15)3.2 柯西牛顿定理 (16)3.3 连续介质假设与流动连续性定理 (17)三、空气动力学基础概念 (18)1. 流体力学基础概念 (19)1.1 流速与流向 (20)1.2 压力与压强 (21)1.3 流管与流量 (22)2. 空气动力学特有概念 (23)2.1 空气动力系数 (25)2.2 升力与阻力 (26)2.3 空气动力效应与稳定性问题 (27)四、空气动力学分类及研究内容 (28)1. 空气动力学分类概述 (30)2. 理论空气动力学研究内容 (31)一、空气动力学概述空气动力学是研究流体(特别是气体)与物体相互作用的力学分支,主要探讨流体流动过程中的能量转换、压力分布和流动特性。
空气动力学在许多领域都有广泛的应用,如航空航天、汽车、建筑、运动器材等。
空气动力学的研究对象主要是不可压缩流体,即流体的密度在运动过程中保持不变。
根据流体运动的特点和流场特性,空气动力学可分为理想流体(无粘、无旋、不可压缩)和实际流体(有粘性、有旋性、可压缩)两类。
在实际应用中,理想流体问题较为简单,但现实生活中的流体大多具有粘性和旋转性,因此实际流体问题更为复杂。
空气动力学的基本原理包括牛顿定律、质量守恒定律、动量守恒定律、能量守恒定律等。
这些原理构成了空气动力学分析的基础框架,通过建立数学模型和求解方程,可以预测和解释流体流动的现象和特性。
空气动力学崔尔杰*(中国航天科技集团第701研究所)本文简要回顾空气动力学发展的历史及其在航空航天飞行器研制中的作用,对现代空气动力学新的发展趋势和新一代航天飞行器研制中可能遇到的关键气动力问题进行探讨和分析,并对今后发展提出看法。
一、空气动力学与航空航天飞行器发展空气动力学是研究空气和其他气体的运动规律以及运动物体与空气相互作用的科学,它是航空航天最重要的科学技术基础之一。
1.空气动力学推动20世纪航空航天事业的发展1903年莱特兄弟研制成功世界上第一架带动力飞机,实现了人类向往已久的飞行梦想。
为了研制这架飞机,他们进行过多次滑翔试验,还为此建造了一座试验段为0.01m2的小型风洞。
正是这些努力,加上综合运用早期的空气动力学知识,最终获得了成功。
20世纪初,建立在理想流体基础上的环量和升力理论以及普朗特提出的边界层理论奠定了低速飞机设计基础,使重于空气的飞行器成为现实。
40年代中期至50年代,可压缩气体动力学理论的迅速发展,以及对超声速流中激波性质的理论研究,特别是跨音速面积积律的发现和后掠翼新概念的提出,帮助人们突破“音障”,实现了跨音速和超音速飞行。
50年代中期,美、苏等国研制成功性能优越的第一代喷气战斗机,如美国的F-86、F-100,苏联的米格-15、米格-19等。
50年代以后,进入超音速空气动力学发展的新时期,第二代性能更为先进的战斗机陆续投入使用,如美国的的F-4、F-104,苏联的米格-21、米格-23,法国的幻影-3等。
1957年苏联发射第一颗地球人造卫星和1961年第一艘载人飞船“东方号”升空,被认为是空间时代的开始。
美、苏两国在战略导弹和航天器发展方面的激烈角逐,促使超音速和高超音速空气动力学得到迅速发展。
两个超级大国都投入巨大力量,致力于发展地面模拟设备,开邻近高超出音速空气动力学和空气热力学的研究。
航天方面的研究重点放在如何克服由于高超音速飞行和再入大气层,严重气动加热所引起的“热障”问题上在钱学森先生倡导下诞生了一门新的学科,即物理力学,为航天器重返大气层奠定了科学基础。
空气动力学发展史作者:崔尔杰来源:《发明与创新(综合版)》2006年第10期空气动力学是研究空气和其他气体的运动规律以及运动物体与空气相互作用的科学,它是航空航天最重要的科学技术基础之一。
一、空气动力学推动20世纪航空航天事业的发展1903年莱特兄弟研制成功世界上第一架带动力飞机,实现了人类向往已久的飞行梦想。
为了研制这架飞机,他们进行过多次滑翔试验,还为此建造了一座试验段为0.Olm2的小型风洞。
正是这些努力,加上综合运用早期的空气动力学知识,最终获得了成功。
20世纪初,建立在理想流体基础上的环量和升力理论以及普朗特提出的边界层理论奠定了低速飞机设计基础,使重于空气的飞行器成为现实。
40年代中期至50年代,可压缩气体动力学理论的迅速发展,以及对超声速流中激波性质的理论研究,特别是跨音速面积积律的发现和后掠翼新概念的提出,帮助人们突破“音障”,实现了跨音速和超音速飞行。
50年代中期,美、苏等国研制成功性能优越的第一代喷气战斗机,如美国的F-86、F-100,苏联的米格-15、米格-19等。
50年代以后,进入超音速空气动力学发展的新时期,第:二代性能更为先进的战斗机陆续投入使用,如美国的F-4、F-104,苏联的米格-21、米格-23,法国的幻影—3等。
1957年苏联发射第一颗地球人造卫星和1961年第一艘载人飞船“东方号”升空,被认为是空间时代的开始。
美、苏两国在战略导弹和航天器发展方面的激烈角逐,促使超音速和高超音速空气动力学得到迅速发展。
两个超级大国都投入巨大力量,致力于发展地面模拟设备,开邻近高超出音速空气动力学和空气热力学的研究。
航天方面的研究重点放在如何克服由于高超音速飞行和再入大气层,严重气动加热所引起的“热障”问题上在钱学森先生倡导下诞生了一门新的学科,即物理力学,为航天器重返大气层奠定了科学基础。
航空方面的研究重点则放在了发展高性能作战飞机、超音速客机、垂直短距起落飞机和变后掠翼飞机。
航空航天生物动力学航空航天生物动力学是一门涉及空气动力学、动力学、物理学以及生物学等多领域的科学,旨在研究对处于特定环境条件下,如飞行、爆炸等环境和活动的生物体及其细胞和分子的影响。
这一研究一般专注于机械力的作用,如重力的影响,生物学的行为以及它们之间的联系,以及机械力如何影响其形态和特性。
二、历史发展航空航天生物动力学发展自空气动力学和机械力学,而这些领域都有着悠久的历史。
在现代,该领域的发展开始于上世纪50年代,随着航空技术的发展。
在当时,空气动力学家开始研究空气动力如何影响生物体行为。
随后,在20世纪60年代,许多研究者发现,生物体可能受到来自它们的特定环境的机械力的影响。
例如,宇航员对于太空的暴露对他们的形态有着明显的影响。
为了研究这些影响,许多航空航天生物动力学家开始研究这个学科。
三、应用领域航空航天生物动力学的研究主要集中在研究如何减轻人类对太空的暴露对生物体的不良影响的领域。
一些研究领域包括:1.重环境:在太空中,重力会减少到很低的水平,这有助于研究生物体在重力环境中的变化。
2.速强度:空气动力学家研究不同的飞行速度,以及它们对生物体的影响。
3.声:航空航天生物动力学家研究运行环境中声音对生物细胞和分子的影响。
4.压:探究空气压力如何影响生物体的行为。
四、研究方法为了研究航空航天生物动力学,研究者采用多种实验方法。
这些方法包括:1.力学模拟:研究者运用数学模型来模拟飞行动力学和空气力对生物体的影响。
2.验室实验:研究者进行实验室实验,以模拟真实环境中的机械力和其他因素。
3.算机模拟:研究者使用计算机模拟实验,以研究生物体在不同环境中的变化。
4.然环境观测:研究者观察不同天然环境中的机械力对生物体的影响。
五、未来展望今后,航空航天生物动力学仍将是一个有趣而重要的课题。
研究者们将继续研究如何减轻机械力对生物体的不良影响,以及研究如何改善航空航天设备,保护生物体在太空中的健康。
此外,研究者还将继续努力研究机械力如何影响生物体的行为,以及如何改善生物体在特定环境中的表现。
流体力学发展史点上方“模拟在线”查看更多“牛B”资讯!流体力学是力学的一个分支,它主要研究流体本身的静止状态和运动状态,以及流体和固体界壁间有相对运动时的相互作用和流动的规律。
流体力学中研究得最多的流体是水和空气。
它的主要基础是牛顿运动定律和质量守恒定律,常常还要用到热力学知识,有时还用到宏观电动力学的基本定律、本构方程和物理学、化学的基础知识。
1738年伯努利出版他的专著时,首先采用了水动力学这个名词并作为书名;1880年前后出现了空气动力学这个名词;1935年以后,人们概括了这两方面的知识,建立了统一的体系,统称为流体力学。
除水和空气以外,流体还指作为汽轮机工作介质的水蒸气、润滑油、地下石油、含泥沙的江水、血液、超高压作用下的金属和燃烧后产生成分复杂的气体、高温条件下的等离子体等等。
气象、水利的研究,船舶、飞行器、叶轮机械和核电站的设计及其运行,可燃气体或炸药的爆炸,以及天体物理的若干问题等等,都广泛地用到流体力学知识。
许多现代科学技术所关心的问题既受流体力学的指导,同时也促进了它不断地发展。
1950年后,电子计算机的发展又给予流体力学以极大的推动。
流体力学的发展简史流体力学是在人类同自然界作斗争和在生产实践中逐步发展起来的。
古时中国有大禹治水疏通江河的传说;秦朝李冰父子带领劳动人民修建的都江堰,至今还在发挥着作用;大约与此同时,古罗马人建成了大规模的供水管道系统等等。
对流体力学学科的形成作出第一个贡献的是古希腊的阿基米德,他建立了包括物理浮力定律和浮体稳定性在内的液体平衡理论,奠定了流体静力学的基础。
此后千余年间,流体力学没有重大发展。
直到15世纪,意大利达·芬奇的著作才谈到水波、管流、水力机械、鸟的飞翔原理等问题;17世纪,帕斯卡阐明了静止流体中压力的概念。
但流体力学尤其是流体动力学作为一门严密的科学,却是随着经典力学建立了速度、加速度,力、流场等概念,以及质量、动量、能量三个守恒定律的奠定之后才逐步形成的。
空气动力学的研究现状及应用空气动力学是研究物体在气体流场中的运动规律和受力情况的学科,它是现代工程领域中的重要分支之一。
近年来,随着科技的飞速发展,空气动力学在实际应用中的重要性越来越被人们所重视。
本文将从研究现状和应用两个角度出发,探讨空气动力学的发展现状和前景。
一、空气动力学的研究现状空气动力学是一门历史悠久的学科,自古希腊时期开始有人对风进行系统性的实验和研究。
到了近代,空气动力学得到了进一步的发展。
20世纪初,德国的佛列斯特和普拉克等人,开始试图用科学的方法研究飞行器的飞行特性。
此后,空气动力学在军事、民用、航空航天等领域得到了广泛应用。
目前,国内外的空气动力学研究涉及的领域非常广泛。
航空航天、汽车、高速铁路、建筑、海洋工程等领域都涉及了空气动力学的研究,它们的研究内容主要包括流场分析、结构气动力学、风险评估、气动设计优化、试验方法和数值模拟等方面。
其中,空气动力学在航空航天领域中发挥着重要作用。
它在飞机的设计和制造中起着决定性的作用。
在飞机研发过程中,空气动力学被广泛应用于气动设计优化、风洞实验和数值模拟等方面。
同时,在新型飞机的研制中,空气动力学的研究也在不断深入。
二、空气动力学的应用1、航空航天在航空航天领域,空气动力学的应用主要体现在飞机的设计和制造中。
它可以帮助飞机设计师更好地掌握飞机在空气中的受力情况,从而针对性地进行气动优化设计。
此外,空气动力学还能够对飞机的噪音和污染进行研究和控制。
2、汽车工程在汽车领域中,空气动力学的应用主要涉及的是车身外形设计和空气动力学性能分析。
通过对车身外形进行优化设计,可以降低汽车在高速行驶时的阻力,提高汽车的燃油经济性。
同时,通过对车身空气动力学性能的分析研究,可以减少汽车在高速行驶时的颠簸和噪音。
3、建筑工程在建筑领域中,空气动力学的应用主要体现在高层建筑的风压力分析和风振计算等方面。
通过空气动力学的分析,可以有效地减少高层建筑在强风中受到的损害。
关于空气动力学一.什么是空气动力学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,随着航空工业和喷气推进技术的发展而成长起来的一个学科。
二.空气动力学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。
在航空方面: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航空要解决的首要问题是如何获得飞行器所需要的举力、减小飞行器的阻力和提高它的飞行速度。
这就要从理论和实践上研究飞行器与空气相对运动时作用力的产生及其规律。
1894年,英国的兰彻斯特首先提出无限翼展机翼或翼型产生举力的环量理论,和有限翼展机翼产生举力的涡旋理论等。
但兰彻斯特的想法在当时并未得到广泛重视。
约在1901~1910年间,库塔和儒科夫斯基分别独立地提出了翼型的环量和举力理论,并给出举力理论的数学形式,建立了二维机翼理论。
1904年,德国的普朗特发表了著名的低速流动的边界层理论。
该理论指出在不同的流动区域中控制方程可有不同的简化形式。
19世纪是流体动力学全面发展的阶段,法国工程师纳维和爱尔兰数学家斯托克斯建立了粘性流体运动方程。
现代意义上的流体力学成立于20世纪初,以德国科学家普朗特创立的边界层理论为标志。
普朗特开创了边界层论和有限翼展升力线理论,被称为近代流体力学和空气动力学的奠基人。
1906年,俄国科学家和空气动力学家儒科夫斯基引入了环量的概念,发表了著名的升力定理,奠定了二维机翼的基础。
空气动力学崔尔杰*(中国航天科技集团第701研究所)本文简要回顾空气动力学发展的历史及其在航空航天飞行器研制中的作用,对现代空气动力学新的发展趋势和新一代航天飞行器研制中可能遇到的关键气动力问题进行探讨和分析,并对今后发展提出看法。
一、空气动力学与航空航天飞行器发展空气动力学是研究空气和其他气体的运动规律以及运动物体与空气相互作用的科学,它是航空航天最重要的科学技术基础之一。
1.空气动力学推动20世纪航空航天事业的发展1903年莱特兄弟研制成功世界上第一架带动力飞机,实现了人类向往已久的飞行梦想。
为了研制这架飞机,他们进行过多次滑翔试验,还为此建造了一座试验段为0.01m2的小型风洞。
正是这些努力,加上综合运用早期的空气动力学知识,最终获得了成功。
20世纪初,建立在理想流体基础上的环量和升力理论以及普朗特提出的边界层理论奠定了低速飞机设计基础,使重于空气的飞行器成为现实。
40年代中期至50年代,可压缩气体动力学理论的迅速发展,以及对超声速流中激波性质的理论研究,特别是跨音速面积积律的发现和后掠翼新概念的提出,帮助人们突破“音障”,实现了跨音速和超音速飞行。
50年代中期,美、苏等国研制成功性能优越的第一代喷气战斗机,如美国的F-86、F-100,苏联的米格-15、米格-19等。
50年代以后,进入超音速空气动力学发展的新时期,第二代性能更为先进的战斗机陆续投入使用,如美国的的F-4、F-104,苏联的米格-21、米格-23,法国的幻影-3等。
1957年苏联发射第一颗地球人造卫星和1961年第一艘载人飞船“东方号”升空,被认为是空间时代的开始。
美、苏两国在战略导弹和航天器发展方面的激烈角逐,促使超音速和高超音速空气动力学得到迅速发展。
两个超级大国都投入巨大力量,致力于发展地面模拟设备,开邻近高超出音速空气动力学和空气热力学的研究。
航天方面的研究重点放在如何克服由于高超音速飞行和再入大气层,严重气动加热所引起的“热障”问题上在钱学森先生倡导下诞生了一门新的学科,即物理力学,为航天器重返大气层奠定了科学基础。
空气动力学发展简史及展望作者:边若鹏周欣荣郭强来源:《硅谷》2011年第16期摘要:航空航天事业的发展推进空气动力学的发展之外,60年代以来,由于交通、运输、建筑、气象、环境保护和能源利用等多方面的发展,出现工业空气动力学等分支学科。
伴随主动流动控制技术的逐步研究和探索以及先进推进系统、结构、材料、控制和机载电子学科方面的突破,航空飞行器将面临新的变革期,翼身融合体(BWB)飞机、鸭式旋翼/机翼(CRW)复合飞机以及变形飞机将成为21世纪典型的航空飞行器。
关键词:空气动力学;发展;展望中图分类号:U461.6 文献标识码:A 文章编号:1671-7597(2011)0820030-01空气动力学是力学的衍生支派,它着重探索物体在与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。
空气动力学很重要,这一点很多人应该都知道。
特别是当我们越开越快的时候。
如果你不信在当今的遥控车比赛中,你可以试试不用车壳裸跑,就会看到很大的区别。
在我国十一国庆大典上,各式飞机进行的表演,航展上的各种特技,如果没有创新性的考虑空气的动力和阻力,那将是不能实现的事。
1 空气动力学的发展简史对空气动力学的渊源,可以追溯到人们对鸟在飞行时的受力和力的作用方式的种种猜测。
一般来说,水滴形状是最棒的,也就是说它产生的空气阻力最小。
近代的研究发现,企鹅形状的物体阻力更小。
无论什么形状,其重点是:空气在形状平缓的物体的表面流动,是最有效率的。
这种进化的结果是因为所有有突出的形状或者锋利的边角的东西都会产生阻力,这种阻力会使飞机飞得更慢。
荷兰物理学家惠更斯第一个估算出物体在空气中运动的阻力,而后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点面积以及空气的密度。
这一工作是空气动力学典型理论的开始。
除航空航天外,空气动力学在其他方面也有十分重要的运用。
大型建筑物设计到风载荷,市内空气动力学研究城市的微气候环境,环境空气动力学研究大气环流和飞行对生态环境的影响。
空气动力学技术的发展与应用随着工业化和城市化不断加速,空气污染也日益加剧。
因此,空气动力学技术成为了当前科学技术领域的热门话题。
空气动力学是以研究空气在固体物体表面流过时所产生的物理现象及其规律为基础的一门科学。
随着对空气动力学技术的研究以及对新材料的不断开发,空气动力学技术在许多领域得到了广泛应用。
一、航空领域中的应用最初,空气动力学技术主要应用于航空领域。
飞机的设计过程中需要对其空气动力学进行研究,以便获得良好的飞行性能和可靠性。
在飞行器的设计和改进中,空气动力学技术是不可或缺的。
利用空气动力学模拟技术,机型设计者可以在计算机上进行各种各样的验证和优化试验,快速找到最优设计。
利用坦马诺夫公式、刘格斯公式等基础公式,模拟风洞试验和实际飞行数据,大大加速了飞机设计的进度。
在数字化的处理过程中,空气动力学SIMULATION手段可以将测试模拟结果算出,并将结果定量分析,以确定飞机模型中各种因素对性能、稳定性和响应能力的贡献。
在飞行模拟中,模拟技术能够实现各种仿真与优化,进一步优化飞机设计的成本和效果。
二、汽车领域中的应用随着汽车工业的不断发展,空气动力学技术在汽车领域的应用也越来越广泛。
汽车的空气动力学被称为车身气动力学,对汽车设计和性能有着重要影响。
完善的车身优化可以提高车辆的空气动力性能,降低空气阻力,减少气流噪音,提高燃油效率。
在汽车设计中,利用空气动力学技术,可以更好地分析、设计和改进汽车空气动力性能的关键部件,如车身、车门、车窗等。
同时,汽车工程师还可以利用空气动力学分析来设计更高水平的车降噪系统,提高驾驶体验,确保车辆顺畅行驶。
三、乘船领域中的应用乘船领域中,将该领域中传统的水动力学理论和空气动力学技术结合使用,可以大大提高船只的性能。
虽然航空和汽车工业中已经对空气动力学有了很好的了解,但是船只的速度和性能取决于水和空气的动力变化,不同于其他运输工具。
所以,船只设计中的空气动力学技术显得尤为重要。
人类最早对空气动力学的理解
嘿,你知道吗?咱们人类对空气动力学的理解那可是有着超级漫长又有趣的历史呢!想想看,最初的人类,在仰望天空中飞翔的鸟儿时,心中难道没有涌起过那么一丝丝的好奇和羡慕?
就像我们看到鸟儿轻盈地划过天际,不会想着这背后有啥特别的原理啊。
但是呢,嘿,人类的脑子就是厉害啊!慢慢地开始去琢磨,去探索,这空气里到底藏着什么秘密能让鸟儿飞起来呢。
比如说,古代的人们看到风筝在空中飘荡,那不就是对空气动力学的初
步尝试嘛!他们肯定一边放着风筝,一边心里想着:哎呀,为啥这东西能在天上飘着呢?然后就开始研究啦。
这不就是咱们人类的厉害之处嘛,总是对周围的一切充满了好奇。
再后来,人们又发明了风车,看着那大大的叶片在风中转动,这难道不
是对空气动力学更深入的理解吗?哎呀呀,你想想,那时候的人们得多兴奋呀,看着自己的发明在风中欢快地转着。
还有啊,你看那船帆!当人们驾驶着帆船在海上航行的时候,不也在和空气动力学打交道嘛。
他们得根据风向调整船帆的角度,这不就是在运用空气动力学嘛,多牛呀!
人类最早对空气动力学的理解虽然简单粗糙,但是这一步步走来,不就是咱们不断探索世界、追求进步的脚印吗?这不就是咱们人类那无穷无尽的好奇心和创造力在推动着我们一直向前走吗?我觉得呀,这就是人类最了不起的地方!我们永远都在好奇,永远都在探索,永远都不会停下前进的脚步!。
Aerodynamics History(空气动力学历史)袁亚 011010836摘要:空气动力学是一门比较年轻的科学,主要研究物体主要是飞行器在空气中的运动特性的一门科学。
本文深入浅出,为读者介绍了空气动力学的历史,让大家对这门重要的科学有一些更深刻的认识。
本文正文是摘要自:Aircraft Design:Synthesis and Analysis,中文名《飞机设计:综合与分析》关键词:空气动力学Aerodynamics引言:关于空气动力学的传说:The dream was the subject of great myths and stories such as that of Icarus and his father Daedalus and their escape from King Minos' prison on Crete. Legend has it that they had difficulty with structural materials rather than aerodynamics梦想的主题是伟大的神话故事:伊卡洛斯和他的父亲代达罗斯逃离克里特岛米诺斯王的监狱那样,据说,他们在结构材料结构上有困难,而不是在空气动力学上。
(译者注:说明那个时候这对父子已经掌握了空气动力学的基本知识)Legends of people attempting flight are numerous, and it appears that people have been experimenting with aerodynamics for thousands of years. Octave Chanute, quoting from an 1880's book, La Navigation Aerienne, describes how Simon the Magician in about 67 A.D. undertook to rise toward heaven like a bird. The people assembled to view so extraordinary a phenomenon and Simon rose into the air through the assistance of the demons in the presence of an enormous crowd.人们试图飞行的传说是众多的,而且看来,几千年历来人们一直在试验与空气动力学的原理。
“空气动力学是研究什么的空气动力学是一门研究空气流动规律和气流中物体所受到的气流作用力,或是物体以一定的速度在空气中运动时所受的力的科学。
它的目的在于解决实际的飞行器设计问题和飞行问题。
这门学问从它所包含的理论成分和实践成分来说,是介乎理学院和工学院之间的。
它是理论和实际相结合而产生丰硕果实的一个良好的范例。
在1882年莫查依斯基的第一架飞机成功之前,早在十八世纪就有了研究流体运动规律的流体力学(现在我们称为古典流体力学),不过在很长的一段时间里,这种学问只是数学家的游戏,另一方面企图创造飞机的实践家则在几乎没有理论指导的情况下摸索、探寻。
在十九世纪八十年代有一个实践家甚至声称“就飞行问题来说,一直到今天,数学对我们是完全没有用处的”。
等到飞机成为现实之后,生产上迫切需要理论的指导,人们才发现看来纯数学的游戏原来是可以和飞行相结合的。
当然这结合并不是把已有公式简单地搬过来用,而是在已有的基础上,结合飞机飞行的具体问题再向前发展。
自从结合之后,随着航空事业的飞跃发展,空气动力学在这几十年之间也有了辉煌丰硕的成果。
飞机的速度从每小时三四十公里(比自行车不过快一倍)开始,经过短短的几十年间,今天已达到音速(在海面上每小时约1200公里)的两倍以上,这样的发展速度在机械工程历史上是空前的。
在这样惊人的事业中,空气动力学所作的贡献至少不低于其他任何一方面的航空技术。
看过“俄罗斯航空之父”那个电影的人都知道,在一千九百零几年的时候,世界上飞机已经造了不少了,可是对于飞机为什么会产生举力这一基本问题并没有了解,也不知道该用什么样的翼型,只有一点经验主义的根据,结果时常失事。
儒可夫斯基在1905年提出了机翼的环流理论,决定翼型应该是圆头尖尾巴的。
这样就解决了飞行的一个根本性的大问题。
牛顿曾按固体力学的方法推导过气流流过一个物体时物体上所受到的力,别人用他的办法推算和气流斜成一定角度的平板(类似于摆成一定斜角的机翼)所受到的力,这个力完全得自流过平板下面的那部份气流的动量变化率。
Aerodynamics History(空气动力学历史)袁亚 011010836摘要:空气动力学是一门比较年轻的科学,主要研究物体主要是飞行器在空气中的运动特性的一门科学。
本文深入浅出,为读者介绍了空气动力学的历史,让大家对这门重要的科学有一些更深刻的认识。
本文正文是摘要自:Aircraft Design:Synthesis and Analysis,中文名《飞机设计:综合与分析》关键词:空气动力学Aerodynamics引言:关于空气动力学的传说:The dream was the subject of great myths and stories such as that of Icarus and his father Daedalus and their escape from King Minos' prison on Crete. Legend has it that they had difficulty with structural materials rather than aerodynamics梦想的主题是伟大的神话故事:伊卡洛斯和他的父亲代达罗斯逃离克里特岛米诺斯王的监狱那样,据说,他们在结构材料结构上有困难,而不是在空气动力学上。
(译者注:说明那个时候这对父子已经掌握了空气动力学的基本知识)Legends of people attempting flight are numerous, and it appears that people have been experimenting with aerodynamics for thousands of years. Octave Chanute, quoting from an 1880's book, La Navigation Aerienne, describes how Simon the Magician in about 67 A.D. undertook to rise toward heaven like a bird. The people assembled to view so extraordinary a phenomenon and Simon rose into the air through the assistance of the demons in the presence of an enormous crowd.人们试图飞行的传说是众多的,而且看来,几千年历来人们一直在试验与空气动力学的原理。
Octave Chanute,引用来自1880的书,La Navigation Aerienne,介绍了在大约公元67年魔术师西蒙如何向一只鸟一样进行了上升到天堂。
人们聚集在一起观看如此特殊的现象,通过了现场恶魔的帮助西蒙上升到了空气中……正文(一)航空的开始:In medieval times further work in applied aerodynamics and flight were made. Some rather notable people climbed to the top of convenient places with intent to commit aviationNatural selection and survival of the fittest worked very effectively in preventing the evolution of human flight.在中世纪时期人们对应用空气动力有了进一步的研究学甚至都做了一些“飞行”的尝试,一些人相当显赫的爬到一些容易到的高处跳下去尝试飞行了了。
但是自然选择和适者生存的生物进化原理却非常有效地防止人类进化飞行本领空气动力学的近现代化:As people started to look before leaping, several theories of flight were propounded (e.g. Newton) and arguments were made on the impossibility of flight.This was not a research topic taken seriously until the very late 1800's. And it was regarded as an important paradox that birds could so easily accomplish this feat that eluded people's understanding. Octave Chanute, in 1891 wrote, "Science has been awaiting the great physicist, who, like Galileo or Newton, should bring order out of chaos in aerodynamics, and reduce its many anomolies to the rule of harmonious law."当人们开始飞跃之前,一些理论已经被提出了(例如牛顿),但人们认为进行飞行对人类来说是不可能的。
直到19世纪后期,空气动力学才被看做是一个重要的课题。
并且它被看作是一个重要的悖论,因为鸟儿却可以轻易完成这一壮举,这似乎避开了人们的理解。
1891,Octave Chanute写道,“空气动力学界一直在等待伟大的物理学家,就像像伽利略、牛顿那样的人,为空气动力学要拨乱反正,并减少许多看似和谐的定律。
”Papers suggested that perhaps birds and insects used some "vital force" which enabled them to fly and which could not be duplicated by an inanimate object. Technical meetings were held in the 1890's. The ability of birds to glide without noticeable motion of the wings and with little or negative altitude loss was a mystery for some time. The theory of aspiration was developed; birds were in some way able to convert the energy in small scale turbulence into useful work. Later this theory fell out of favor and the birds' ability attributed more to proficient seeking of updrafts. (Recently, however, there has been some discussion about whether birds are in fact able to make some use of energy in small scale air motion.)一些论文指出也许鸟类和昆虫用一些“关键因素”使他们飞翔,这个关键的技术却不能被无生命的物体复制。
在19世纪90年代人们开了一次技术会议。
鸟类滑翔却没有明显的翅膀扑动和飞行高度的损失的能力一段时间以来一直是个秘。
该理论被发展了;鸟类在某种程度上能够转换将小规模的混乱的能量转化为有用的工。
后来这个说法失宠,因为人们又认为鸟类的能力是更熟练的寻找的上升气流,并凭借这个气流进行飞行。
2.近现代航空和空气动力学:The figure here is reproduced from the 1893 book, First International Conference on Aerial Navigation. The paper is called, "The Mechanics of Flight and Aspiration," by A.M. Wellington. The figure shows the flight path of a bird climbing without flapping its wings. Today we know that the bird is circling in rising current of warm air (a thermal) 这张图片是1893年,在第一届国际航空导航展览上,从一个叫A.M. Wellington写的书《飞行力学和愿望》复制过来的。
图中显示鸟儿在没有拍动自己的翅膀情况下的飞行路径。
今天我们知道,鸟儿是借助盘旋上升的热气流,向上飞行的Designs were made before people had the vaguest idea about how aircraft flew. Leonardo Di Vinci designed ornithopters in the late 1400's, modeled on his observations of birds. But apart from his work, most designs were pure fantasy.在人们有了对航空器怎么飞行的模糊认识之前,许多的设计已经被提出来了。
在1400's,莱昂纳多达芬奇在对鸟儿进行观察之后,设计了一个飞行器。
但是除了他的工作,大多数设计都是单纯的奇幻不实际的设计。
The first successes came with gliders. Sir George Cayley wrote a book entitled "On Aerial Navigation" in 1809. He made the first successful glider in 1804 and a full-size version five years later at the age of 36. For many years thereafter, though, aeronautics was not taken seriously, except by a small group of zealots. One of these was William Henson who patented the Aerial Steam Carriage, shown here, in 1842. The aircraft was never built, but was very well publicized (with the idea of raising venture capital). Both the design and the funding scheme were ahead of their time.第一个成功的设计是滑翔机,George Cayley(乔治凯利空气动力学之父)在1809写了一本叫《空中导航》的书。