下载文档原格式
空气动力学基础安德森双语引言空气动力学是研究空气对物体运动的影响的学科，它在航空航天工程、汽车工程、建筑设计等领域都有广泛的应用。
本文将以安德森的《空气动力学基础》为基础，通过双语方式探讨空气动力学的基本概念、原理和应用。
空气动力学概述什么是空气动力学•空气动力学是研究空气对物体运动的影响的学科。
•它主要研究空气动力学力学、空气动力学热力学和空气动力学光学等方面的问题。
空气动力学的应用领域•航空航天工程：研究飞机和火箭等飞行器的设计和性能。
•汽车工程：研究汽车的空气动力学性能，提高汽车的操控性和燃油经济性。
•建筑设计：研究建筑物的空气流动，改善室内空气质量和降低能耗。
空气动力学基本原理流体力学基础1.流体的定义：流体是指能够流动的物质，包括液体和气体。
2.流体的运动描述：流体的运动可以通过速度场和压力场来描述。
3.流体的运动方程：流体的运动可以由连续性方程、动量方程和能量方程描述。
空气动力学力学1.空气动力学力学的基本原理：空气动力学力学研究空气对物体的力学作用。
2.升力和阻力：升力是垂直于飞行器运动方向的力，阻力是与飞行器运动方向相反的力。
3.升力和阻力的计算：升力和阻力可以通过气动力系数和流体动力学原理进行计算。
空气动力学热力学1.空气动力学热力学的基本原理：空气动力学热力学研究空气对物体的热力学作用。
2.空气的物理性质：空气的物理性质包括密度、压力和温度等。
3.空气的热力学过程：空气的热力学过程可以通过气体状态方程和热力学原理进行描述。
空气动力学光学1.空气动力学光学的基本原理：空气动力学光学研究空气对光的传播和折射的影响。
2.折射现象：当光线从一个介质传播到另一个介质时，会发生折射现象。
3.折射定律：折射定律描述了光线在折射过程中的角度关系。
空气动力学的应用航空航天工程中的应用1.飞行器设计：空气动力学原理用于飞行器的气动外形设计和性能评估。
2.飞行力学：空气动力学原理用于飞行器的姿态控制和飞行性能分析。
第一章一：绪论；1.1大气的重要物理参数1、 最早的飞行器是什么？——风筝2、 最早的飞机出现于哪一年？——1903年3、 大气的主要成分是（78％氮，21％氧和1％其他气体）4、 大气的密度随高度变化规律？——随高度增加而减小。
5、 绝对温度、摄氏温度和华氏温度之间的关系。
——95)32(⨯-T =T F C 15.273+T =T C K6、摄氏温度、华氏温度和绝对温度的单位分别是什么?——CF K二：1.1大气的重要物理参数1、 大气压力产生原因——1、上层空气重力；2、空气分子不规则热运动。
2、 海平面温度为15C 时的大气压力为多少？——29.92inHg 、760mmHg 、1013.25hPa 。
3、下列不是影响空气粘性的因素是(A)A 、空气的流动位置B 、气流的流速C 、空气的粘性系数D 、与空气的接触面积4、假设其他条件不变，空气湿度大(B)A 、空气密度大，起飞滑跑距离长B 、空气密度小，起飞滑跑距离长C 、空气密度大，起飞滑跑距离短D 、空气密度小，起飞滑跑距离短5、对于音速．如下说法正确的是: (C)A 、只要空气密度大，音速就大B 、只要空气压力大，音速就大C 、只要空气温度高．音速就大D 、只要空气密度小．音速就大6、大气相对湿度达到（100％）时的温度称为露点温度。
三：1.2 大气层的构造；1.3 国际标准大气1、大气层由内向外依次分为哪几层？——对流层、平流层、中间层、电离层和散逸层。
2、对流层的高度．在地球中纬度地区约为(D)A 、8公里。
B 、16公里。
C 、10公里。
D 、11公里3、现代民航客机一般巡航的大气层是（对流层顶层和平流层底层）。
4、云、雨、雪、霜等天气现象集中出现于（对流层）。
5、国际标准大气指定的依据是什么？——国际民航组织以北半球中纬度地区大气物理性质的平均值修正建立的。
6、国际标准大气规定海平面的大气参数是(B)A、P=1013 psi T=15℃ρ=1、225kg／m3B、P=1013 hPA、T=15℃ρ=1、225 kg／m3C、P=1013 psi T＝25℃ρ=1、225 kg／m3D、P=1013 hPA、T＝25℃ρ=0、6601 kg／m3四：1.4 气象对飞行的影响；1.5 大气状况对机体腐蚀的影响1、对飞机飞行安全性影响最大的阵风是:(A)A、上下垂直于飞行方向的阵风B、左右垂直子飞行方向的阵风C、沿着飞行方向的阵风逆着D、飞行方向的阵风2、飞机起飞和着陆应尽量利用（逆风）条件。
汽车空气动力学重点第一章绪论1. 空气动力学的研究方法1实验研究2理论分析3数值计算2. 汽车流场包括和内部流场车身外部流场3. 气动阻力增加，加速能力下降。
当汽车达到最大车速时，加速度的值就瞬低为零4. 消耗于气动阻力的功率TD A C P ηρ23a u =，功率与速度3次方、阻力与速度2次方成正比5. 汽车空气动力特性对操纵稳定性的影响：1.升力和纵倾力矩都将减小汽车的附着力，从而使转向轮失去转向力，使驱动轮失去牵引力，影响汽车的操纵稳定性，质量轻的汽车，特别是重心靠后的汽车，对前轮胜利越敏感。
2.为提高汽车的方向稳定性，要减小侧向力，使侧向力的作用点移向车身后方6. 汽车空气动力学发展的历史阶段答：（1）基本形状化造型阶段（2）流线形化造型阶段：①杰瑞提出“最小阻力的外形是以流线形的一半构成的车身”‘只有消除尾部的分离，才能降低阻力’；②雷提出：短粗的尾部与长尾相比，仅使气动阻力系数有较小的升高，1934年起，雷提出的粗大后尾端的形状逐渐发展为快背式。
③康姆提出，对大阻力的带棱角的车型，气动阻力系数随横摆角的增加变化很小，而对于流线型汽车，随着横摆角变化，阻力系数有很大变化，即地租汽车侧风稳定性差、。
（3）车身细部优化阶段：汽车空气动力学设计的原则是首先进行外形设计，然后对形体细部逐步或同时进行修改，控制以及防止气流的分离现象发生以降低附着力，成为细部优化法（4）汽车造型的整体优化阶段：整体优化法设计的原则是首先确定一个符合总部制要求的理想的低阻形体，在其发展成实用化汽车的每一设计步骤中，都应严格的保证形体的光顺性，使气流不从汽车表面分离，称之为形体最佳化第二章汽车空气动力学概述7. 气动升力及纵倾力矩：1.由于汽车车身上部和下部气流的流速不同，使车身上部和下部形成压力差，从而产生升力。
作用于汽车上的升力将减小轮胎对地面的压力，使轮胎附着力和侧偏刚度降低，影响汽车的操纵稳定性。
2.车身底部外形对升力系数影响很大，故不能仅根据侧面形状来分析汽车空气动力特性8. 侧向力及横摆力矩：1.侧向力和横摆力矩都影响汽车的行驶稳定性，在非对称气流中，横摆力矩有使汽车绕垂直轴转动的趋势。
飞行器适航工程系吴江浩空气动力学基础教材：1. 钱翼稷编著《空气动力学》2. 陈再新等编著《空气动力学》3. 吴子牛编著《空气动力学》主讲：交通科学与工程学院吴江浩Email：buaawjh@飞行器适航工程系吴江浩学习本课的几点要求•认真听讲，适当笔记-------空气动力学绝不是一门仅仅依靠自学和期末的几周突击就能学好的课程（提供课件）•积极思考，及时消化-------空气动力学概念多、方法新、公式多和大，但都具有明确的物理意义和实际的工程应用背景，需要紧密结合物理含义、运用数理基础和力学知识，认真消化吸收，完全能够很好掌握•回答随机提问；注意章末重点；每章必要时做简单测验；及时进行答疑；认真完成作业；平时成绩为出勤和作业。
•(课代表、答疑、交作业)课程结构飞行器适航工程系吴江浩一、空气动力学基本原理二、飞机空气动力学原理与应用三、飞行载荷与适航绪论飞行器适航工程系吴江浩一、几个基本的空气动力学问题二、空气动力学的研究对象三、空气动力学的发展进程简介四、空气动力学的发展新方向五、空气动力学的分类与研究方法一、几个基本的空气动力学问题飞行器适航工程系吴江浩人类虽然生活在流体环境中，但对一些流体运动现象却缺乏认识，比如：高尔夫球1. ：表面光滑还是粗糙？2. ：来自前部还是后部？汽车阻力机翼升力3. ：来自下部还是上部？飞行器适航工程系吴江浩后来发现表面有很多划痕的旧球反而飞得更远。
这个谜直到世纪建立流体力学边界层理论后才解开。
20光滑的球表面有凹坑的球飞行器适航工程系吴江浩当时人们认为汽车高速前进时的阻力主要来自车前部对空气的撞击。
飞行器适航工程系吴江浩实际上，汽车阻力主要取决于后部形成的尾流。
飞行器适航工程系吴江浩目前在汽车外形设计中，流体力学性能研究已占主导地位，合理的外形使汽车具有更好的动力学性能和更低的耗油率。
飞行器适航工程系吴江浩20世纪30年代起，人们开始运用流体力学原理，改进了汽车的尾部形状，出现了甲壳虫型，阻力系数下降至0.6。
飞行器适航工程系吴江浩50～60年代又改进为船型，阻力系数为0.45。
飞行器适航工程系吴江浩80年代经风洞实验系统研究后，进一步改进为鱼型，阻力系数为0.3。
飞行器适航工程系吴江浩后来又出现楔型，阻力系数为0.2。
飞行器适航工程系吴江浩90年代以后，科研人员研制开发了气动性能更优良的未来型汽车，阻力系数仅为0.137。
经过近80年的研究和改进，汽车阻力系数从0.8降至0.137，减少到原来的1/5。
飞行器适航工程系吴江浩机翼升力人们的直观印象是空气从下面冲击着鸟的翅膀，把鸟托在空中。
飞行器适航工程系吴江浩19世纪初流体力学环量理论彻底改变了人们的传统观念。
B CFEA D脱体涡量与机翼环量大小相等方向相反飞行器适航工程系吴江浩足球运动的香蕉球现象可以帮助理解环量理论：旋转的球带动空气形成环流，一侧气流加速，另一侧减速，形成压差力，使足球拐弯，称为马格努斯效应。
飞行器适航工程系吴江浩机翼的特殊形状使它不用旋转就能产生环量，上部流速加快形成吸力，下部流速减慢形成压力。
飞行器适航工程系吴江浩测量和计算表明上部吸力的贡献比下部要大。
NACA2412翼型在7.4度攻角时的压强分布飞行器适航工程系吴江浩人们之所以不能凭直觉来认识流体运动，是因为•空气看不见摸不着肉眼难以观察•水无色透明•流动形态变化太快肉眼无法辨认用特殊的技术可以让流动图像显现出来：飞行器适航工程系吴江浩高尔夫球和汽车的阻力同尾部漩涡流有关，用圆柱绕流流场显示和数值模拟技术可观察尾流图像。
飞行器适航工程系吴江浩高尔夫球和汽车的阻力同尾部漩涡流有关，用圆柱绕流流场显示和数值模拟可观察尾流图像。
飞行器适航工程系吴江浩机翼升力也与后部的漩涡有关，同样可以用流场显示技术来观察。
飞行器适航工程系吴江浩工程和生活中还有许多类似的流体力学基本现象和基本问题例如：自行车运动员为什么要戴一个圆头尖尾的帽子？能否反过来戴成尖头圆尾，或做成尖头尖尾？飞行器适航工程系吴江浩再例如：大雁为什么会排成“人”字或“一”字飞行？飞行器适航工程系吴江浩再例如：为什么空气阻力是汽车速度的最终限制？为什么汽车和飞机作高速运行时，我们在功率（燃料消耗）上必须付出与速度增加不成比例的超乎想象的高代价？飞行器适航工程系吴江浩再例如：为什么超音速喷气飞机尾喷管、导弹发射以及火箭发射的尾喷管处都会出现“大辫子”状的喷流？往往许多看似简单的现象有可能使人产生似是而非甚至错误的结论，但其中却包含了深刻的流体力学道理，许多现象是我们凭直觉不能正确认识的。
飞行器适航工程系吴江浩在应用更广泛的流体力学范畴中，我们还可看到或提出许多类似的与运动和受力相关的问题，例如：微生物在水银中和在酒精中运动时，谁的阻力大？事实上微生物在水银中游动与在酒精中游动时受到的阻力几乎相等不受二者密度的巨大差别影响，为什么？飞行器适航工程系吴江浩再例如：为什么海洋中体形大的生物（鲸）姿态幽雅、动作轻松、迁徙距离遥远？而体形越小的生物则游动越笨拙、速度和运动都局限在一个很小范围？流体力学和空气动力学是研究和解决有关问题的基本工具。
飞行器适航工程系吴江浩再例如：建筑物的设计也与空气动力有关。
二、空气动力学的研究对象飞行器适航工程系吴江浩•空气动力学是流体力学的一个分支，它是从流体力学发展而来。
•空气动力学是物理学的一个分支。
•空气动力学是研究物体和空气作相对运动时，空气的运动规律以及空气与物体之间作用力规律的学科。
飞行器适航工程系吴江浩相对性原理•当飞行器以某一速度在静止空气中运动时，飞行器与空气的相对运动规律和相互作用力，与飞行器固定不动而让空气以同样大小和相反方向的速度流过飞行器的情况是等效的。
飞行器适航工程系吴江浩相对性原理给空气动力学的研究提供了方便•可以将飞行器模型固定不动，人工制造直匀气流（风洞）流过物体，以便观察流动现象，测量模型受到的力，进行试验空气动力学研究。
风洞测力实验风洞流动显示飞行器适航工程系吴江浩三、空气动力学的发展进程简介空气动力学是由流体力学发展而来的•古希腊伟大的数学家、力学家，公元前300年发现浮力定律。
•后人对阿基米德给以极高的评价，常把他和牛顿、高斯并列为有史以来三个贡献最大的数学家。
阿基米德（Archimedes,•阿基米德发现浮力定律之后的一千多年，流体力学几乎没有任何287-212 B.C.希腊）重大进展。
飞行器适航工程系吴江浩18世纪，随着牛顿运动定理和微积分方法的建立，流体力学和空气动力学才逐步迈入理性研究和持续发展阶段。
牛顿（Isaac Newton,1642-1727 英国）飞行器适航工程系吴江浩一批著名数学家建立了描述无粘性流体运动的理论流体力学。
欧拉（L.Euler,1707-1783,瑞士）伯努利（D.Bernouli 1700－1782，瑞士）飞行器适航工程系吴江浩一批著名数学家建立了描述无粘性流体运动的理论流体力学。
达朗贝尔拉格朗日（J-拉普拉斯（P-（J.d’Alembert ，1717－1783，法国）.Lagrange ，1736－1813，意大利)place ，1749－1827，法国）飞行器适航工程系吴江浩19世纪末，理论与实验流体力学开始结合，此期间的重大进展还有：雷诺（O.Reynolds ，1842－1912，爱尔兰）瑞利（J.Rayleigh ，1842－1919，英国）发现了两种流动状态。
建议采用量纲分析法。
飞行器适航工程系吴江浩19世纪是流体动力学的基础理论全面发展的阶段，法国工程师纳维（L.Navier）和爱尔兰数学家斯托克斯（G.Stokes）建立了粘性流体运动方程。
（1785－1836，L.Navier（1819－1903，G.Stokes法国）英国）飞行器适航工程系吴江浩现代意义上的流体力学形成于20世纪初，以德国科学家普朗L.Prandtl18751953特（，－）创立的边界层理论为标志。
普朗特（L.Prandtl，平板边界层1875－1953，德国）普朗特开创了边界层理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。
飞行器适航工程系吴江浩同一时代的重量级人物还包括卡门、泰勒等众多科学家卡门（V.Karman，泰勒（G.Taylor，1881－1963，美国）1886－1975，英国）飞行器适航工程系吴江浩1906年俄国数学家和空气动力学家儒可夫斯基引入了环量的概念，发表了著名的升力定理，奠定了二维机翼理论的基础。
儒可夫斯基（Joukowski，1847－1921）飞行器适航工程系吴江浩以周培源、钱学森为代表的中国科学家在湍流理论、空气动力学等许多领域中作出了基础性、开创性的贡献。
周培源（－1993）钱学森（1911－）1902飞行器适航工程系吴江浩•20世纪创建了空气动力学完整的科学体系，并得到了蓬勃的发展，同时极大的推动了代表最高人类科技水平的航空航天事业发展•年12月27日，莱特兄弟驾驶他们设计制造“飞行者一1903号”首次试飞成功，这是人类历史上第一架有动力、载人、持续、稳定、可操纵的飞行器。
从此开创了飞行的新纪元。
其后，飞机的发展反过来又推动了空气动力学的迅速发展Wilbur Wright Oville Wright飞行器适航工程系吴江浩•莱特兄弟设计制造“飞行者一号”(1903年)•Raymond Saulnier设计全金属机身Blériot Ⅺ(1908年)飞行器适航工程系吴江浩飞行器适航工程系吴江浩•德国空军(1910年)飞行器适航工程系吴江浩•第一次世界大战英军S.E.5A (1917年),生产超过5000架飞行器适航工程系吴江浩•朗利研究中心风洞试验(9*18m，1932年)飞行器适航工程系吴江浩流体力学与空气动力学是众多应用科学和工程技术的基础。
由于空气动力学的发展，人类研制出3倍声速的战斗机、超音速的民航客机和载客达550人以上的超大型民航客机。
F-15幻影2000协和A380。
