未来航空空气动力学的发展(精)

流体力学与空气动力学流体力学与空气动力学是研究流体运动规律和空气在运动中所受力学影响的学科。

流体力学是力学的一个重要分支，研究流体的运动规律和性质，包括液体和气体。

而空气动力学则是流体力学的一个特殊领域，专门研究空气在运动中所受的力学影响，尤其是在飞行器设计和空气动力学性能方面的应用。

本文将从流体力学和空气动力学的基本概念、应用领域以及未来发展趋势等方面进行探讨。

一、流体力学基本概念流体力学是研究流体静力学和流体动力学的学科。

流体静力学研究静止流体中的压力分布和力的平衡条件，而流体动力学则研究流体在运动中的力学性质。

流体包括液体和气体，其特点是没有固定的形状，能够流动并填充容器。

流体力学的基本方程是连续性方程、动量方程和能量方程，通过这些方程可以描述流体的运动规律和性质。

在流体力学中，流体的运动可以分为层流和湍流两种状态。

层流是指流体沿着流线有序地流动，流速分布均匀，流线间没有明显的交错和混合现象；而湍流则是指流体运动呈现混乱、不规则的状态，流速分布不均匀，流线间有交错和混合现象。

湍流状态下流体的阻力较大，能量损失也较多，因此在工程实践中需要尽量减少湍流的发生，以提高系统的效率和性能。

二、空气动力学基本概念空气动力学是研究空气在运动中所受的力学影响的学科，是流体力学的一个重要分支。

空气动力学主要应用于飞行器设计、空气动力学性能分析、空气动力学实验等领域。

在空气动力学中，流体的密度、速度、压力等参数对飞行器的飞行性能有着重要影响，因此需要通过数值模拟、实验测试等手段来研究和分析空气动力学性能。

空气动力学的基本方程包括连续性方程、动量方程和能量方程，通过这些方程可以描述空气在运动中所受的力学影响。

在飞行器设计中，空气动力学性能是一个重要的考虑因素，包括升力、阻力、侧向力等参数的计算和优化，以确保飞行器具有良好的飞行性能和稳定性。

三、流体力学与空气动力学的应用领域流体力学与空气动力学在工程领域有着广泛的应用，涉及航空航天、汽车工程、船舶工程、建筑工程等多个领域。

飞行器设计中的空气动力学与气动力控制作为现代交通工具的重要组成部分，飞行器的设计和控制涉及的科学知识相当广泛而深入。

其中，空气动力学和气动力控制是两个非常重要的方面。

在飞行器的设计和生产过程中，空气动力学和气动力控制的理论和实践运用将起到至关重要的作用。

一、空气动力学的基本知识和相关理论在飞行器设计中，空气动力学是一个非常重要的学科。

它主要研究物体在空气中运动时所产生的力学现象。

空气动力学相关理论包括不可压缩流、可压缩流、风力学等方向。

在飞行器的设计和飞行过程中，空气动力学的重要性体现在以下几个方面：1.气动力性能：气动力性能是指飞机在不同运动状态下所产生的力和力矩。

在设计飞行器时，需要通过计算机模拟等手段来获得气动力性能时间，进而对飞机进行优化设计。

2.气动特性：气动特性是指飞机在空气中运动时所产生的一系列物理现象。

包括升力和阻力的变化、动压与静压的变化、气流紊流等。

3.空气动力力学设计：在设计飞行器时，空气动力力学设计是一个非常重要的环节。

它涉及气动受力模型的建立、计算方法的验证等方面，是实现飞行器稳定、安全、高效运行的基础。

二、气动力控制的相关实践气动力控制是指利用飞机的机动表现，控制和调节飞机姿态和运动状态的一种方法。

它可以通过飞机自身的动力系统或机械和电子设备等传动系统来实现。

气动力控制的实践应用很广泛，其中几个主要的方向如下：1.自动驾驶系统：自动驾驶系统是一种利用计算机或机器人等设备，通过控制设备对飞机进行机动操作，以实现自动驾驶的一种方法。

在飞行器设计中，自动驾驶系统是一个非常重要的实践应用方向。

2.空气动力控制系统：空气动力控制系统是指通过飞机自身受力，对飞机进行姿态调节和运动状态控制的系统。

它包括飞机操纵面的设计与控制以及对空气动力力学性能的调整。

3.动力分配和平衡系统：动力分配和平衡系统是指对飞机动力系统进行控制和调整，以保障飞机的稳定运行和高效能表现。

这种系统可以在飞行中根据环境状况和机群状况，进行动态的调整和决策。

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0.01m 2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。

空气动力学空气动力学，又称为空气力学，是研究空气在物体表面流动产生的作用力及其变化规律的学科。

它是研究航空、航天等领域中的重要基础工程学科。

本文将从空气动力学的基本理论、应用及发展前景三个方面进行讲解。

一、空气动力学的基本理论1. 流体运动基本方程空气动力学研究空气在物体表面流动产生的变化规律，因此，必须首先了解流体运动的基本方程。

流体运动基本方程可分为三个方程，分别是连续性方程、动量守恒方程和能量守恒方程。

这三个方程讲述了液体或气体在运动过程中物质守恒、动量守恒和能量守恒的基本现象。

在空气动力学中，常常将连续性方程和动量守恒方程一起表示为Navier-Stokes方程组。

2. 边界层理论在空气动力学中，物体表面与空气之间的接触面形成了一个边界层。

边界层内的流动速度由于摩擦力的作用而降低，流速梯度迅速增大，流动变得非常不规则。

由于流动不规则，导致边界层内的流动无法用Navier-Stokes方程组解析，因此需要采用边界层理论来描述边界层内的流动。

边界层理论主要包括两个关键概念：边界层厚度以及失速现象。

边界层厚度是指从物体表面开始，空气流动速度下降到1/99最大速度时，空气的流动状态转变为虫状流动的距离。

失速现象是指在边界层内由于压力梯度过大，空气流速超过速度极限而失速的现象。

3. 升力和阻力在飞行器运行的过程中，除去重力，另一重要的作用力就是空气对于飞行器的阻力和升力。

升力是指飞行器在空气中的上升力，阻力是指飞行器在空气中的阻碍力。

升力和阻力的作用机理采用了符合空气动力学规律的气动力学原理，美国为普朗克方程，德国为刘第二定理。

二、空气动力学的应用空气动力学是应用广泛的工程学科，主要应用于航空、航天、汽车、风力发电等领域。

下面介绍空气动力学在航空和航天领域的应用。

1. 飞行器气动特性飞行器的气动特性是指飞行器在空气中运动时，受到空气动力学作用的特性。

通过空气动力学实验和数值模拟，可以研究气动特性的各种参数，如阻力、升力、升力系数等。

空气动力学在航空领域的应用研究在当代社会，航空技术的发展已经成为了人们生活中不可或缺的一部分，而伴随着人类探索天空的步伐不断加速，对空气动力学的研究和探索也越来越深入。

空气动力学是航空航天技术中的重要一环，对飞机的飞行稳定性、燃油耗费、升力等方面都有着非常重要的影响。

一、空气动力学的基础概念空气动力学是物理学和工程学相结合的科学，它的主要研究对象就是空气在物体表面产生的各种力、压力以及涡旋。

空气动力学研究的目的是探索并发掘空气对各类物体的作用规律，然后利用这些规律去优化设计并提高性能。

简单来说，空气动力学探究的是空气力学、流体力学等科学基础上的问题，以及相应的理论知识。

根据这些理论，科学家们探索出各种模拟、试验和计算方法，从而建立了一套完整的理论体系。

二、空气动力学在飞机设计中的作用在飞机设计的各个环节中，包括气动弹性、翼面形状等等，都离不开空气动力学的研究。

它对飞机提高飞行效率、减少阻力以及气动噪声等方面都有相当重要的作用。

在航空领域中，空气动力学通过设计各种气动模型，以及模拟试验等方法去研究飞机的气动特性，站在这个角度，空气动力学实际上是航空设计的“基石”。

例如，飞机设计中最基础的气动模型 -- “平板”在大多数试验中都是一个必须的工具。

由于平板研究的气动特性主要由变量数量、气体密度、物体大小以及运动状态等因素影响，因此，当我们通过试验和仿真分析获得了平板的数据以后，便可以进一步设计和构建更为复杂的模型了。

三、空气动力学对飞机的影响1. 影响飞机起飞和着陆飞机完全依靠气压才能完成起飞和降落，在飞行过程中扮演着重要角色的是飞机的气动形态，尤其是翼型。

当飞机在地面滑行时，舵面起到了调整飞行姿态的作用。

而当飞机到达升空阶段时，翼型将会在空气的作用下产生升力，从而使飞机离开地面。

2. 降低飞机阻力在飞机高速飞行时，飞机受到的空气阻力会愈来愈大，同时翼型底部的气流也会从后面向前推压到翼型上部，将空气压紧，从而增加了升力的大小。

飞行器空气动力学研究的最新进展在现代技术快速发展的背景下，飞行器空气动力学研究一直是工程学的重要领域。

从航空工业在二战时期的起步，到现在民航和商业航空技术的发展，空气动力学一直扮演着重要的角色。

而随着各种行业对飞行器的要求越来越高，对空气动力学研究的要求也越来越迫切。

在这篇文章中，我们将探讨飞行器空气动力学研究的最新进展。

一、基础理论的突破基础理论研究是空气动力学研究的重要组成部分，其突破也是空气动力学发展的基础。

在最近的研究中，不仅在气动力学基础知识的教育方面做了大量的工作，更是在基础理论的研究方面进行了突破。

例如，在气动力学中常用的流体力学定律——纳维-斯托克斯方程式，由于其极其复杂的形式，一直被认为是不可解的问题。

但是，最近的研究表明，可以利用近似方法，对纳维-斯托克斯方程式进行近似求解，这一方法被称为“梁族方程式”。

同时，结合计算流体力学的研究，空气动力学所需要的理论工具与计算方法也得到了更为强有力的提升，这些工具和方法为当前飞行器的研究和设计提供了支持。

二、计算方法的发展计算方法在当前研究中的重要性不容忽视。

指导当前研究的计算机模拟技术的发展程度，已经把全球引向一个量子跃进的技术时代。

目前，计算机模拟技术已经成为解决流体动力学中各种问题的重要方法。

例如，测试各种飞机型号在高速和极端条件下的性能，以及节省设计和试验成本的手段。

这样，可以确保设计的飞机能够达到最佳状态，避免在实际的工作中遇到各种困难。

目前，在飞行器空气动力学研究中使用的计算机模拟技术主要有两种：计算流体动力学（CFD）和计算结构动力学（CSD）。

这两种方法可以相互协同，解决设计中各种复杂的问题。

三、实验技术和装备的提升实验技术和装备是飞行器空气动力学研究的另一重要组成部分。

通过对实验室和本体试验的不断改进和升级，飞行器空气动力学研究能够直接、精确地测试其理论预测和解释。

近年来，随着实验技术和装备的提升，各种实验条件也得到了改进。

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。

民用航空先进空气动力学技术发展趋势——简论大型客机的减阻与增升高忠剑（南昌航空大学飞行器工程学院11062116）摘要空气动力学作为航空科学的重要基础学科，其研究发展的水平是航空科学先进性的重要标志。

现代民机设计对飞机的安全性、经济性、舒适性和环保性提出了越来越高的要求，空气动力设计对大型客机确保安全性，提高经济性，改善舒适性、注重环保性起着至关重要的作用。

本文分别对大型飞机减阻技术和增升技术的机理进行阐述，在对各种减阻机理研究的基础上，简单介绍了各种具有工程应用价值的减阻技术和增升措施，并针对大型飞机和气动技术发展的趋势，提出应该重点发展的减阻增升技术发展方向。

关键词减阻机理研究CFD技术1前言从技术发展角度，在航空器的发展过程中，增升减阻与降低重量始终是改善飞机性能的两大重要课题。

民用航空器的发展尤其如此，对于中长航程大型飞机而言，降低巡航阻力，提高升阻比可以有效改善航程参数（MaL/D），从而提高飞机的使用经济性。

大型飞机性能的提高将在很大程度上依赖降低空气阻力。

由于黏性阻力与升力特性都和流动密切相关，因此增升减阻基本上都是从流动控制的角度上来展开研究的。

通过采用流动控制技术改变流场结构来实现飞行器增升减阻的基本原理就是推迟或消除机翼和其他气动型面上的分离和失速。

2大型飞机减阻机理研究及技术实现飞机阻力一般分为压差阻力和摩擦阻力，其中压差阻力主要由升致诱导阻力和尾阻两部分组成。

对以高亚音速飞行的大多数飞机而言，摩阻和诱导阻力是重要的两种阻力形式，分别占到总阻力的50%和30%左右，两者之和可以达到80%以上，因此应该是重点关注的研究方向。

2.1减阻机理研究既通过飞行器阻力产生的不同物理机理实现减阻措施的研究。

2.1.1摩阻减阻机理摩阻其本质是黏性阻力，而黏性阻力大小则与流动是层流还是湍流有关。

所以目前针对摩阻的减阻机理研究主要包括两方面：（1）层流化设计减阻层流阻力比相同雷诺数湍流阻力要小90%，通过某些技术手段延缓转捩，可以有效减小阻力，提高燃料利用率，从而减低运营成本，提高经济效益。

文章编号:167321220(2009)032122204直升机空气动力学现状和发展趋势陈平剑,李春华(中国直升机设计研究所,景德镇,333001)摘　要　直升机空气动力学是直升机技术研究及型号研制的基础性学科和先行学科,本文概述了国外的直升机气动理论与方法研究、基于气动理论和方法的应用基础研究、直升机气动试验技术的研究现状,预测了直升机空气动力学专业的未来发展趋势,为国内的直升机空气动力学专业的发展提供参考。

关键词　空气动力学;直升机中图分类号:　V211.52 文献标识码:　A1　前言飞行器的设计和研制必须以其空气动力学特征为主要依据,这是飞行器研制区别于其它武器平台和运输平台的典型特征。

直升机以旋翼作为主要的升力面、推力面和操纵面,这种独特的构型和旋翼驱动方式,更使其气动特征具有复杂的非定常特征,其气动分析和设计技术比固定翼飞行器更具挑战性[1]。

直升机气动研究是指认识直升机与空气之间作用规律、揭示直升机飞行原理、获取提升直升机飞行能力和效率的新知识、新原理、新方法的研究活动,其主要任务是获得直升机的空气动力学特性[1]。

由于直升机气动特性直接决定了型号飞行性能、振动特性、噪声水平,且是结构设计、寿命评估等的直接依据,因此直升机气动研究是直升机技术研究的重要方面,更是型号研制的基础。

尤其是要实现舒适、安全、便利、快捷的直升机型号研制目标,直升机空气动力学将体现其核心推动作用。

2　内涵和范围直升机空气动力学专业发展涵盖的内容和范围主要有直升机气动理论与方法的研究、基于气动原理的应用基础研究以及气动特性试验研究三大内容。

直升机气动理论与方法的研究重点关注旋翼与周围空气相互作用现象及机理的分析模型和方法,通过对气动理论和方法的研究,实现对直升机及其流场的深入了解,以准确地计算其空气动力学特性。

气动应用研究是指基于气动理论和方法,以直升机研制为目标所开展的应用基础研究,涵盖气动特性、气动弹性、气动噪声、结冰模拟、流动控制等应用领域,还包括气动原理结合飞行原理的直升机飞行力学研究。