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飞行器空气动力学教学大纲
课程编号 01200110 开课学院 航空宇航 开课系 0121
课程名称 中 文 飞行器空气动力学 课程类别 必修课
英 文 Aerodynamics of Aircraft
课程学时 总学时 理论教学 实验教学 上 机 课程设计
48 41 7 1.有 2. 无 √
课程简介：
简要描述课程的性质及专业地位，培养目标（理论、能力和技能）
本课程是面对航空类本科生继流体力学的后续专业基础课程。从飞行器设计角度出发，较全面介绍飞行器在低速、亚音速和超音速绕流时的空气动力特性。第一章介绍低速翼型的气动特性，重点讲薄翼型理论和库塔-儒可夫斯基升力定理；第二章讲机翼低速气动特性，重点讲大展弦比直机翼有关的升力线理论；第三章介绍亚音速线化理论；第四章讲超音速线化理论及跨音速和高超音速流动基础；第五章介绍粘流初步及CFD技术。
通过本课程的学习，使学生对飞行器飞行的整个速度范围的空气动力特性方法有全面和系统的理解，并掌握空气动力学特性求解的基本理论和方法，初步具备飞行器气动力设计所需知识，并为学习后续课程、开展科学研究打好基础。 2 前修课程、能力和知识结构要求：
明确学生学习本门课程的先修课程，主要能力和知识结构。
学生需先修高等数学，数理方程，复变函数等课程，掌握基本的数学推导能力、方程组求解能力，具备基本的矢量代数、高等数学、数理方程及复变函数等的知识结构。
课程结构说明：
对课程的组织结构进行简要说明，即明确课程所述内容由几个大的部分构成，每个部分的教学由哪几个环节或单元组成（如：理论授课、实验教学，上机实习，课外作业，随堂考试，讨论会，总结报告等）
序号 内 容 理论授课 实验教学 课堂讨论 课外作业
1 低速翼型 8
2 低速机翼 8 3 √
3 亚声速翼型与机翼 7 2 √ √
4 跨、超、高超声速 8 2 √ √
细节题2：机翼的种类有哪些？各有哪些优缺点？主要飞行参数以及主要应用机型。（民用、军用等）
按机翼数量分为单翼机、双翼机和三翼机。
双翼机和三翼机在航空发展的初期很常见，
双翼机：双翼机是有上下并列配置的两副机翼的飞机。两副机翼前后配置的飞机称串翼机。双翼机的上下机翼用支柱和张线连成一个承力的整体，组成一个空间桁架结构。双翼机是旧式飞机。在现代的飞机中，除对载重量和低速性能有特殊要求的小型飞机外，双翼机已不多见。
优点：在飞机发展初期，发动机功率低、重量大，建造机体的材料大多是木材和蒙布。为解决升空问题，需要较大面积的机翼，以便在低速条件下产生足够的升力。双翼机有两个翼面，机翼总面积较大。人们吸取桥梁建造方面的经验，把上下机翼通过支柱和张线联成一个桁架梁，增加结构受力高度机翼刚度，减轻结构重量。
缺点：随着飞机速度的不断提高，双翼机支柱和张线的阻力越来越大，成为提高速度的主要障碍。
高强度铝合金问世后，人们已有可能制造出结构重量不太大而又能承受大载荷的薄机翼。从20世纪30年代起，双翼机逐渐被单翼机取代。在现代的飞机中，除对载重量和低速性能有特殊要求的小型飞机外，双翼机已不多见。
主要应用机型：Go145教练机，霍克III战斗机，别－2舰载侦察机，伊15驱逐机
三翼机：由于双翼机的下部机翼在飞行中会自行折断，而且且这种飞机经常闹出此类故障，因此福克最先设计出了Dr-I三翼机，由于翼展相对较窄的三层机翼飞机具有极佳的机动飞行性能，最适宜于与敌机进行近距离格斗，所以获得了许多艺高胆大的尖子飞行员的青睐。主要应用机型: 福克Dr.1
单翼机还可细分为上单翼机、中单翼机和下单翼机。
上单翼机
优点：结构比较单一，机翼可以就是机翼，甚至可以完全做成一个整体，机身只是悬吊在其下面的一个部件，结构设计计算是最简单的一种，梁和框架的布局也非常容易和灵活，空气动力学方面，上单翼上表面和机身上表面基本平齐，飞机流场的低压区没有相互干扰，不易出现分离，天生就有身翼融合的优势，容易形成高升阻比的构型，此外，上单翼最重要的特点还在于飞机重心悬吊于机翼下，重心和升力中心的垂线距离最远，可以达到最大的自然滚转稳定性，飞机具有较强的自动恢复的飞行姿态稳定性。上单翼机翼下有足够高度和空间用于人员操作和武器挂载，是舰载机的主要设计选择。
1.2 飞行的升阻力
1.2.1机翼的形状
机翼的平面形状
机翼的几何参数
翼展：左右两翼翼尖之间的距离。
平均几何弦长：机翼面积与翼展之比。对于矩形机翼：是前缘到后缘的直线距离。
展弦比（aspect ratio）：翼展与平均几何弦长之比，或翼展平方与翼面积之比。
根梢比（梯形比）：翼根弦长和翼尖弦长之比。
前掠角、后掠角
机翼前缘同垂直于机身中心线的直线之间所夹的角度。是机翼与机身夹角的余角。机翼前缘位于机身中心线垂直线前面，称为前掠角；机翼前缘位于机身中心线垂直线后面，称为后掠角。 在俯视图上，机翼有代表性的基准线(一般取25%等百分比弦线)与飞机对称面法线之间的夹角。基准线向后折转时为后掠角。
后掠角是指从飞机的俯仰方向看，机翼平均气动弦长连线自翼根到翼尖向后 歪斜的角度。如果是机翼前缘线的歪斜角，则称前缘后掠角。
上反角、下反角
机翼的底面同垂直于飞机立轴的平面之间的夹角。从飞机侧面看，翼尖上翘是上反角；翼尖下垂是下反角。
机翼的铅垂剖面——翼型
翼型的几何特征
机翼的铅垂剖面又叫做翼型。翼型的前端圆钝、后端尖锐，上表面拱起、下表面较平，呈鱼侧形。
前缘和后缘
翼型前端点叫做前缘，后端点叫做后缘。
翼弦和弦长
前缘和后缘之间的连线称为翼弦。翼弦的长度称为弦长。
翼型的弯度分布和厚度分布
迎角
对于翼型和固定翼飞机，来流方向和翼弦的夹角称为迎角，也称为攻角，它是确定机翼在气流中姿态的基准。
对于直升机和旋翼机，迎角的表示方法与固定翼飞机略有不同，它是指与前进方向垂直的轴和旋翼的控制轴之间的夹角。
1.2.2升力的产生 气体的管流特性
理想低速气体的管流特性——Bernoulli定理
气流流经光滑管路，不计摩擦及其它损失，满足理想流体的伯努利定理：气体总压保持不变：总压=静压+速压，并且：
气流通过等截面管路，处处流速相等，静压相等；
气流通过收敛管路，速度加大，静压下降；
气流通过扩张管路，速度降低，静压提高；
翼型气动性能数值分析
李国勤;孙丹;艾延廷;周海仑;王志
【摘 要】利用Spalart-Allmaras湍流模型对NACA0006翼型和NACA6412两种翼型进行了气动性能数值研究,比较分析了两种翼型在不同攻角和不同马赫数下的气动性能,研究了攻角和马赫数对两种翼型升力系数、阻力系数以及升阻比的影响.研究结果表明,在所研究攻角范围内,当马赫数为0.8时,NACA0006和NACA6412两翼型的最佳攻角分别为2°和4°,NACA0006翼型的升阻比随攻角的变化更加明显;在所研究马赫数范围内,当攻角为4°时,当马赫数分别为0.6和0.5时,NACA0006和NACA6412两翼型升阻比最大,NACA6412翼型的升阻比随马赫数的变化更加明显.
【期刊名称】《沈阳航空航天大学学报》
【年(卷),期】2017(034)006
【总页数】7页(P27-32,39)
【关键词】翼型;气动性能;马赫数;升阻比;数值分析
【作 者】李国勤;孙丹;艾延廷;周海仑;王志
【作者单位】沈阳航空航天大学航空航天工程学部(院),沈阳110136;沈阳航空航天大学辽宁省航空推进系统先进测试技术重点实验室,沈阳110136;沈阳航空航天大学航空航天工程学部(院),沈阳110136;沈阳航空航天大学辽宁省航空推进系统先进测试技术重点实验室,沈阳110136;沈阳航空航天大学航空航天工程学部(院),沈阳110136;沈阳航空航天大学辽宁省航空推进系统先进测试技术重点实验室,沈阳110136;沈阳航空航天大学航空航天工程学部(院),沈阳110136;沈阳航空航天大学辽宁省航空推进系统先进测试技术重点实验室,沈阳110136;沈阳航空航天大学航空航天工程学部(院),沈阳110136;沈阳航空航天大学辽宁省航空推进系统先进测试技术重点实验室,沈阳110136
【正文语种】中 文
【中图分类】V224
机翼是飞机的重要组成部分，其主要的作用是为飞机提供升力，并控制飞行姿态。飞机在起飞和降落以及各种姿态的转换过程中，机翼发挥了极其重要的作用，决定了飞机的飞行性能。不同翼型有着不同的特点，机翼飞行性能的高低与翼型的选择有很大的关系。近年来，无论是在固定翼飞机还是直升机螺旋桨和涡轮叶片等方面，翼型都得到了广泛的应用，因此通过数值模拟可解决许多实际问题，对提升飞机的安全性能和新翼型的研发都有着重要的意义。
