第11章_飞艇空气动力学(2).

2-1考虑形状任意的物体。

如果沿着物体表面的压力分布为常值，是证明压力在物面上的合力为零。

解：因沿着形状任意的物体表面的压力分布为常值，故流场中压力分布均匀，即0p ∇= 由高斯公式得：压力在物体表面的合力为()0iSVVP ndS PdV pe dV =∇=∇=⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰2-2 考虑如下速度场，其x ，y 向的速度分量分别为，其中c 为常数。

试求流线方程。

解：流线的控制方程为dy v ydx u x==，积分得：y Cx = 2-3考虑如下速度场，其x ，y 向的速度分量分别为，其中c 为常数。

试求流线方程。

解：流线的控制方程为dy v xdx u y==-，积分得：22x y C += 2-4 考虑如下流场，其x ，y 向的速度分量分别为，其中c 为常数。

试求流线方程。

解：流线的控制方程为dy v ydx u x==-，积分得：xy C = 2-5 习题2-2中的流场被称为点源。

对于点源，试计算：（a ） 单位体积的微元其体积随时间的变化率； （b ） 流场的旋度。

解：速度柱坐标系下表达式为：cos sin cos sin 0r c V u v r V v u θθθθθ⎧=+=⎪⎨⎪=-=⎩利用极坐标系下散度公式：10r r V V V V r r θθ∂∂⎛⎫∇=++= ⎪∂∂⎝⎭v u V k x y ⎛⎫∂∂∇⨯=-= ⎪∂∂⎝⎭或利用柱坐标系下旋度公式：11[()][][()]0z r z r r z VVV V V rV e e rV e r z z r r r θθθθθ∂∂∂∂∂∂∇⨯=-+-+-=∂∂∂∂∂∂ 2-6 习题2-3中的流场被称为点涡，试对点涡计算：（a ） 单位体积的微元其体积随时间的变化率； （b ） 流场的旋度。

提示：2-5、2-6两题在极坐标下求解更方便。

解：速度极坐标系下表达式为：cos sin 0cos sin r V u v V v u cθθθθθ=+=⎧⎨=-=⎩利用极坐标系下散度公式：10r r V V V V r r θθ∂∂⎛⎫∇=++= ⎪∂∂⎝⎭v u V k x y ⎛⎫∂∂∇⨯=-= ⎪∂∂⎝⎭或利用柱坐标系下旋度公式：11[()][][()]0zr z r r z VV V V V rV e e rV e r z z r r r θθθθθ∂∂∂∂∂∂∇⨯=-+-+-=∂∂∂∂∂∂ 2-7已知一速度场为，试问这一运动是否是刚体运动？解：0x u x θ∂==∂，0y vyθ∂==∂，0z w z θ∂==∂，无线变形。

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。

空气动力学及其应用在我们日常的生活中，空气动力学这个概念可能显得比较陌生。

但是对于热爱运动、喜欢观赏飞机表演、设计或制造新型车辆等领域的人员来说，它可谓是重中之重。

那么，空气动力学究竟是什么呢？它有哪些应用呢？下面我们就来深入了解。

一、空气动力学空气动力学，又称飞行器动力学，是研究飞行器在空气中运动状态及其变化规律的学科。

研究对象包括各种飞行器，如战斗机、民用客机、空中货运机、飞艇等。

在空气动力学领域里，最主要的研究内容是气体的流动情况。

其中，掌握飞行器在高速飞行过程中的流场特性，则是整个空气动力学的核心问题。

当飞行器在空中高速飞行时，其周围的空气会因为空气的黏性而产生各种不同的流动状态。

而这种流动的变化规律，就是空气动力学的研究内容。

空气动力学主要研究的领域，一般包括气动失稳、气动弹性、气动加热、椭圆形轨道、三维空气动力学、剪切层尤其是飞行器表面与空气流动的相互作用等。

二、空气动力学的应用空气动力学在科技的众多领域里都有着广泛的应用，下面我们主要了解以下几个方面的应用：1. 航空领域空气动力学在航空领域里的应用最多，也是最为常见的领域。

航空领域里的空气动力学主要研究飞行器在不同速度和高度下的稳定性、运动轨迹以及在空气中产生的阻力和升力大小。

航空领域里的空气动力学应用包括飞机机翼的设计、飞行器外形的优化、发动机尾喷管的设计等。

同时，在航空领域里，还需要用到空气动力学的仿真技术、数值模拟技术、实验测试技术等。

2. 车辆工程在公路交通领域里，空气动力学也扮演着重要角色。

例如，对于汽车制造厂商而言，他们需要自行研究车身外形的设计，以便减小车辆在高速行驶时受到的阻力，从而提高汽车的油耗效率。

通过对空气动力学的研究，设计师还可以更好地对汽车车身进行流场的剖析，解决气流射入车内、异响、风噪等问题，提升用户体验。

3. 运动竞赛在运动竞赛中，设计或制造新型的器材、交通工具也需要用到空气动力学的知识。

例如，高速自行车竞赛中，车手的速度是由车辆在空气中的阻力和升力大小来决定的。

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。

平流层飞艇空气动力估算
王晓亮;单雪雄
【期刊名称】《力学季刊》
【年(卷),期】2006(27)2
【摘要】本文采用有限基本解方法与工程估算方法相结合的气动力工程计算方法,用以计算平流层飞艇的气动力。

将飞艇所受的气动力分成飞艇艇身和尾翼所受气动力两部分,每一部分的气动力按照无粘性流产生的线性气动力和粘性引起的非线性气动力分别进行计算。

根据势流理论对飞艇艇身线性气动力进行分析计算,由于飞艇艇体是旋成体,故根据Allen的横流阻力理论对其所受的非线性气动力进行计算;尾翼的线性气动力采用有限基本解方法进行计算,非线性气动力用Polhamus-Lamar吸力比拟方法估算。

该方法中考虑了由于尾翼安装在体上后,处于艇体产生的上洗流场中,尾翼气动力的变化和尾翼对艇身气动力的干扰作用。

通过算例的计算与实验结果比较得出该方法可以快速、准确的计算飞艇所受的气动力。

【总页数】10页(P295-304)
【关键词】飞艇;面元法;横流理论;旋成体
【作者】王晓亮;单雪雄
【作者单位】上海交通大学工程力学系
【正文语种】中文
【中图分类】V212.11
【相关文献】
1.平流层飞艇空气动力学研究进展 [J], 李峰;叶正寅
2.平流层飞艇总体参数估算 [J], 赵攀峰;刘传超
3.复杂热环境下平流层飞艇高空驻留热动力学特性 [J], 姚伟;李勇;范春石;宋琦
4.大型艇库对平流层飞艇出库过程气动力的影响 [J], 郭凯;谢永杰;钱克昌;赵岩
5.平流层飞艇参数估算及充放气模型的建立 [J], 胡少兴;张爱武;吴二兵
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空气动力学课后答案【篇一：空气动力学复习题】txt>第一章低速气流特性1．何谓连续介质？为什么要作这样的假设？2．何谓流场？举例说明定常流动与非定常流动有什么区别。

流场——流体所占居的空间。

定常流动——流体状态参数不随时间变化；非定常流动——流体状态参数随时间变化；3．何谓流管、流谱、流线谱？低速气流中，二维流谱有些什么特点？流线谱——由许多流线及涡流组成的反映流体流动全貌的图形。

流线——某一瞬间，凡处于该曲线上的流体微团的速度方向都与该曲线相应点的切线相重合。

流管——通过流场中任一闭合曲线上各点作流线，由这些流线所围成的管子。

二维流谱——1.在低速气流中，流谱形状由两个因素决定：物体剖面形状，物体在气流中的位置关系。

2.流线的间距小，流管细，气流受阻的地方流管变粗。

3.涡流大小决定于剖面形状和物体在气流中的关系位置。

4．写出不可压缩流体和可压缩流体一维定常流动的连续方程，这两个方程有什么不同？有什么联系？方程可变为：va=c（常数）气流速度与流管切面积成反比例。

方程可变为：适用于理想流体和粘性流体5．说明气体伯努利方程的物理意义和使用条件。

方程表达式: p?1?v2??gh?常量 21?v2?p0?常量2高度变化不大时，可略去重力影响，上式变为：p?即:静压+动压=全压 (p0相当于v=0时的静压)方程物理意义:空气在低速一维定常流动中，同一流管的各个截面上，静压与动压之和（全压）都相等。

由此可知，在同一流管中，流速快的地方，压力（p）小；流速慢的地方，压力（p）大。

方程应用条件1.气流是连续的、稳定的气流（一维定常流）；2.在流动中空气与外界没有能量交换；3.空气在流动中与接触物体没有摩擦或摩擦很小，可以忽略不计（理想流体）；4.空气密度随流速的变化可忽略不计（不可压流）。

图1-7 一翼剖面流谱p1+?v12=p2+?v22=p3+?v32v1a1=v2a2=v3a3v2=200米/秒p2=-3273675帕斯卡v3=83米/秒p3=445075帕斯卡7.何谓空气的粘性？空气为什么具有粘性？空气粘性——空气内部发生相对运动时，相邻两个运动速度不同的空气层相互牵扯的特性。

空气动力学简介空气动力学是研究物体在空气中运动时所受到的力学规律的科学，它是航空航天工程的重要基础。

空气动力学通常研究流体力学中的问题，其中特别关注空气流体力学问题。

本文将深入介绍空气动力学的基本概念和应用领域。

1. 空气动力学基础1.1 流体力学基础知识要理解空气动力学，首先需要掌握一些流体力学的基础知识。

流体力学是研究流体运动和力学性质的科学，包括流体的连续性方程、动量方程和能量方程等。

本节将介绍流体力学的基本概念和方程，以及其在空气动力学中的应用。

1.2 空气动力学基本概念空气动力学研究物体在空气中的运动，其中涉及到一些基本概念，如气动力、气动特性、升力、阻力等。

本节将详细解释这些概念，并讨论它们在航空航天工程中的重要性。

2. 空气动力学应用2.1 飞行器设计空气动力学在飞行器设计中起着至关重要的作用。

通过分析飞行器在不同速度、高度和姿态下的气动特性，可以优化飞行器的结构和性能。

本节将介绍飞行器设计中的空气动力学考虑因素，如升力和阻力的平衡、操纵性和稳定性分析等。

2.2 汽车空气动力学优化除了飞行器设计，空气动力学在汽车工业中也有重要应用。

优化汽车的空气动力学特性可以降低气动阻力，提高汽车的燃油经济性，同时也会改善汽车的操控性和稳定性。

本节将介绍汽车空气动力学优化的方法和技术。

2.3 建筑物空气动力学分析在建筑设计中，空气动力学也起着重要作用。

通过分析建筑物在风中的响应和气动荷载，可以评估建筑物的结构安全性并优化建筑物的设计。

本节将介绍建筑物空气动力学分析的方法和实践。

3. 空气动力学实验和仿真3.1 空气动力学实验为了更好地理解和掌握空气动力学的原理，进行实验是一种常用的方法。

本节将介绍一些常见的空气动力学实验装置和实验方法，如风洞实验、气动力测量和力矩测量等。

3.2 空气动力学仿真除了实验，空气动力学也可以通过数值模拟和计算机仿真来进行研究。

本节将介绍空气动力学仿真的基本原理和方法，如计算流体力学（CFD）方法、有限元方法等。

《充气环骨架平流层飞艇的受力性能分析》篇一一、引言随着科技的不断进步，充气环骨架平流层飞艇作为一种新型的航空器，在航空航天领域中受到了广泛的关注。

其独特的结构设计和优异的性能使其在执行高空长时间观测、通信中继等任务中展现出巨大的潜力。

本文旨在全面分析充气环骨架平流层飞艇的受力性能，以期为相关研究与应用提供参考。

二、飞艇结构与特点充气环骨架平流层飞艇主要由环状骨架和充气结构组成。

其特点在于骨架结构轻盈且强度高，能够承受较大的压力和风载；而充气部分则提供飞艇的主体结构，使得飞艇在平流层中保持稳定。

这种结构使得飞艇既具有足够的强度，又能够适应高空环境。

三、受力性能分析（一）空气动力学受力分析飞艇在平流层中飞行时，受到的主要外力包括升力、阻力和重力。

其中，升力主要由飞艇下方的空气动力学效应产生，与飞艇的形状、飞行速度和空气密度等因素有关。

阻力则包括摩擦阻力和压差阻力，其大小受飞行速度、空气密度和飞艇形状等因素的影响。

重力则是飞艇受到的地球引力，其大小取决于飞艇的质量。

通过对这些力的分析，可以评估飞艇的飞行性能和稳定性。

（二）骨架结构受力分析骨架作为飞艇的主体结构，承受着来自充气部分和外部环境的各种力。

在风载作用下，骨架需要承受由于风压产生的应力。

此外，由于飞艇在飞行过程中会受到各种动态力的作用，如惯性力、振动等，这些力也会对骨架产生一定的影响。

因此，对骨架结构的受力性能进行分析，是评估飞艇整体性能的重要环节。

（三）充气部分受力分析充气部分是飞艇的主体结构，其受力性能直接影响飞艇的整体性能。

在飞行过程中，充气部分会受到来自内部气体和外部环境的各种力。

内部气体压力的变化会对充气部分的材料产生挤压作用；而外部环境的风载、气压变化等也会对充气部分产生一定的影响。

因此，对充气部分的受力性能进行分析，是确保飞艇安全稳定运行的关键。

四、结论通过对充气环骨架平流层飞艇的受力性能进行全面分析，我们可以得出以下结论：1. 飞艇的空气动力学受力性能受飞行速度、空气密度和飞艇形状等因素的影响，需要通过优化设计提高其飞行性能和稳定性。

水上运输中的船舶空气动力学与流体力学水上交通作为一种重要的交通方式，船舶的设计和性能对于水上运输的效率和安全具有重要影响。

在水上运输中，船舶的空气动力学和流体力学特性是船舶性能的关键因素之一。

本文将探讨船舶在水上运输中的空气动力学和流体力学问题，并分析其对船舶性能的影响。

一、船舶的空气动力学1. 空气动力学的基本概念和原理船舶的空气动力学是指船舶在运行过程中与空气相互作用产生的力学现象。

这些现象包括阻力、升力、推力等。

正常情况下，船舶在水上行驶时会受到来自空气的阻力，而同时也会通过一些设计手段来减小阻力，提高船舶的速度和效率。

2. 船体外形设计对空气动力学的影响船舶的外形设计在空气动力学方面起着重要作用。

船体的形状、光滑度和船身的表面粗糙度都会影响船舶与空气之间的摩擦阻力。

此外，船舶的船首形状、船尾形状和船体侧面的设计也会对船舶的空气动力学性能产生影响。

3. 风对船舶的影响在水上运输中，风力是船舶面临的一个重要外部环境因素。

风对船舶的影响会产生风阻力，增加船舶的阻力和制动距离。

在设计船舶时，需要考虑最大风速对船舶的影响，并采取相应的措施来减小风对船舶的影响。

二、船舶的流体力学1. 流体力学的基本概念和原理船舶的流体力学是研究船舶在流体（水）中运动的力学现象。

在水上运输中，船舶不仅要克服水的阻力，还要应对浪涌、湍流等复杂情况。

因此，流体力学对于船舶的设计和性能优化具有重要作用。

2. 船体船型对流体力学的影响船舶的船体船型对流体力学性能具有明显影响。

优秀的船体船型设计可以减小船舶在水中的阻力，降低船舶的能耗。

此外，合理的船体形状还可以提高船舶的稳定性和航行舒适性。

3. 船舶与水流的相互作用船舶与水流的相互作用包括船舶操纵、船速控制等方面。

船舶的操纵性能取决于船舶与水流的相互作用，包括船舶的转向性能、加速性能等。

此外，船舶的航速也受到船舶与水流的相互作用的影响，需要考虑水流的方向和速度等因素。

结论船舶的空气动力学和流体力学特性是水上运输中船舶性能的关键因素。

飞艇降落原理
飞艇降落原理是基于空气动力学，可以将飞机快速减速并安全降落，从而减少飞机滑翔的距离，减少地面故障的可能性。

飞艇的降落
原理包括但不限于：增大迎角、减少抬头角、增大负重、盘旋下降和
缓冲降落。

首先，增大迎角，即扩大飞机与气流接触的面积，使空气受到更
强的抵抗力，从而降低飞机的实际速度，特别是在下降速度很大的情
况下，降低飞机的高度速度有很大的好处。

其次，减少抬头角，这样可以减少空气对飞机头部的推力，从而
减缓飞机的下降速度。

此外，如果飞机有一定的负载，也可以增加空
气的阻力，从而减少实际的空中降落速度。

然后，盘旋下降，也是飞艇降落时常用的一种方法。

飞行员根据
飞机完成不同的速度和高度，采用盘旋状态进行下降，同时尽量减少
空调的空气阻力，使飞机快速下降到达地面。

最后，强调一点，安全缓冲降落。

空中降落时，记得要慢慢减速，用尽可能少的时间和距离，慢慢减速到地面安全触地，避免出现意外
情况。

总之，飞艇的降落原理是基于空气动力学的，主要包括增大迎角、减少抬头角、增大负重、盘旋下降和缓冲降落。

通过这些原理，可以
使飞机快速减速，并能安全的降落，从而节省滑翔的距离，减少地面
故障的可能性。