1、空氣動力學(xué)基礎(chǔ)緒論1 1、缺課、缺課3 3次，取消考試資格次，取消考試資格2 2、比、比難度大，要求高難度大，要求高3 3、必須按時參加實(shí)驗(yàn)課、完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告、必須按時參加實(shí)驗(yàn)課、完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告4 4、不提供往年試題和復(fù)習(xí)題、不提供往年試題和復(fù)習(xí)題5 5、重點(diǎn)在課堂，考前不安排集中輔導(dǎo)、重點(diǎn)在課堂，考前不安排集中輔導(dǎo)6 6、6060分及格分及格Fundamentals of Aerodynamics 第零章 緒 論 第一章 流體的基本屬性與流體靜力學(xué) 第二章 流體運(yùn)動學(xué)與動力學(xué)基礎(chǔ) 第三章 不可壓縮無粘流體平面勢流 第四章 粘性流體動力學(xué)基礎(chǔ) 第五章 邊界層理論及其近似 第六章 可壓縮高速流動基礎(chǔ)

2、 0.1 物質(zhì)形態(tài)與流體力學(xué)定義0.2 空氣動力學(xué)的研究對象0.3 空氣動力學(xué)的發(fā)展進(jìn)程簡介0.4 空氣動力學(xué)的分類0.5 空氣動力學(xué)的研究方法0.6 量綱與單位的概念物質(zhì)存在的三種狀態(tài)：固態(tài)-相對應(yīng)的為固體液態(tài)-相對應(yīng)的為液體氣態(tài)-相對應(yīng)的為氣體由物質(zhì)內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)、分子熱運(yùn)動、分子之間的作用力決定的。固體-具有固定的 形狀和體積。在靜止?fàn)顟B(tài)下，可以承受拉力、壓力和剪切力。 液體-具有固定的體積，無固定的形狀。 在靜止?fàn)顟B(tài)下，只能承受壓力，幾乎不能承受拉力和剪切力。 氣體-無固定的體積，也無固定的形狀。 在靜止?fàn)顟B(tài)下，只能承受壓力，幾乎不能承受拉力和剪切力。u流體：液體和氣體統(tǒng)稱u易流動性,在

3、靜止?fàn)顟B(tài)下不能承受剪力u力學(xué)：研究物體處于平衡和機(jī)械運(yùn)動規(guī)律及其應(yīng)用的學(xué)科稱為力學(xué)。u固體力學(xué)：研究固體處于平衡和機(jī)械運(yùn)動規(guī)律及其應(yīng)用的學(xué)科。u流體力學(xué)：研究流體處于平衡和機(jī)械運(yùn)動規(guī)律及其應(yīng)用的學(xué)科。u空氣動力學(xué)是流體力學(xué)的一個分支u空氣動力學(xué)：研究空氣處于平衡和機(jī)械運(yùn)動規(guī)律及其應(yīng)用的學(xué)科。相對飛行原理（空氣動力學(xué)實(shí)驗(yàn)原理） 當(dāng)飛行器以某一速度在靜止空氣中運(yùn)動時，飛行器與空氣的相對運(yùn)動規(guī)律和相互作用力，與飛行器固定不動而讓空氣以同樣大小和相反方向的速度流過飛行器的情況是等效的。 相對飛行原理，為空氣動力學(xué)的研究提供了便利。人們在實(shí)驗(yàn)研究時，可以將飛行器模型固定不動，人工制造直勻氣流流過模型，以

4、便觀察流動現(xiàn)象，測量模型受到的空氣動力，進(jìn)行試驗(yàn)空氣動力學(xué)研究。 在理論上，對飛行器空氣繞流現(xiàn)象和受力情況進(jìn)行分析研究時，可用固接在飛行器上的觀察者所看到的繞流圖畫進(jìn)行研究，只要遠(yuǎn)前方氣流速度V是常數(shù)，空氣流過物體的繞流圖畫就不隨時間變化。1、公元前的認(rèn)識（浮力定理）2、公元以后至17世紀(jì)的定性描述3、17-20世紀(jì)理想流體力學(xué)的發(fā)展4、19-20世紀(jì)粘性流體力學(xué)的發(fā)展5、空氣動力學(xué)的發(fā)展 在中國的春秋戰(zhàn)國時期（公元前770-221），中國先農(nóng)開始興建大型水利工程，包括灌溉工程、運(yùn)河工程和堤防工程。當(dāng)時比較大的灌溉工程有：芍陂、章水十二渠、都江堰和鄭國渠。其中，芍陂和都江堰歷經(jīng)兩千多年，至今仍

5、再發(fā)揮作用。當(dāng)時對水流運(yùn)動特性已有足夠的認(rèn)識。 神農(nóng) 都江堰 鄭國渠 古希臘學(xué)者阿基米德（Archimedes）(公元前287-212），意大利西西里島的敘拉古人，其父親是天文學(xué)家。阿基米德在數(shù)學(xué)、物理學(xué)、天文學(xué)等方面做出了重要貢獻(xiàn)。 阿基米德是敘拉古國王希龍二世的親戚，為國王鑒定過王冠。 主要論著：論平板的平衡、論浮體 阿基米德是整個歷史上最偉大的數(shù)學(xué)家之一，后人對阿基米德給以極高的評價，常把他和牛頓、高斯并列為有史以來三個貢獻(xiàn)最大的數(shù)學(xué)家。 發(fā)現(xiàn)體積的數(shù)學(xué)家，發(fā)現(xiàn)了水的浮力原理。 Eddas 文學(xué)集紀(jì)錄了一個源于五世紀(jì)北歐的古代神話故事。故事說的是有一個以制造兵器為職業(yè)的鐵匠Wayland

6、，他制造了一套可以穿在身上的飛行翅膀。他是一個非常邪惡的人，他把他的仇人提在空中，然后從高處丟下來，把仇人摔死。根據(jù)傳說，Wayland制成他的第一套飛行翅膀后，就開始同他的兄弟Egil一同進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，也就是作一次試飛。 他兄弟問他，“我應(yīng)當(dāng)怎么辦呢？我在這方面一點(diǎn)也懂”Wayland緩慢地強(qiáng)調(diào)說道：“頂著風(fēng)飛，你就容易升高向上，以后，當(dāng)你下降的時候，要順著風(fēng)飛揚(yáng)”。 Egil按照他的話穿好羽毛衣裳，并且立刻高飛在空中，迅速得象鳥一樣，忽高忽低，敏捷異常。但是當(dāng)他要向地面降落時，轉(zhuǎn)了個身，立即隨風(fēng)飛翔，結(jié)果頭朝下，在他落下來的時候，費(fèi)了好大的事，才保住脖子沒受傷。 于是Egil問，“這怎么啦？我

7、必須承認(rèn)，你的飛翼起飛是好的，但降落不好！”他再加上一句，“假使飛翼的確好的話，我就愿意要它啦。”Wayland答道：“我告訴你的錯了。記住這個，每一只能夠飛的鳥都頂著風(fēng)上升同時也這樣降落”。 意大利文藝復(fù)興時期的科學(xué)和藝術(shù)全才Da Vinci(1452-1519，他是一位名律師和農(nóng)家女子的私生子，小時侯雖然沒有受過正式的教育，主要在家隨父親讀書自學(xué)，但從小勤奮學(xué)習(xí)，才智過人，思維敏捷，很快在許多方面做出了令人驚嘆的成績。設(shè)計(jì)過升降機(jī)、潛水艇、研究過鳥的飛行、注重實(shí)驗(yàn)。他在一副關(guān)于紊流的名畫中寫到： 烏云被狂風(fēng)卷散撕裂，沙粒從海灘上揚(yáng)起，樹木彎下了腰。 牛頓 英國著名的數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家（164

8、3-1727）。牛頓出生于英國林肯郡伍爾索普鄉(xiāng)村，是一個遺腹子，3歲母親改嫁，將他留給外祖父母。1661年進(jìn)入劍橋三一學(xué)院學(xué)習(xí)，1665年大學(xué)畢業(yè)，獲得學(xué)士學(xué)位。1667年成為三一學(xué)院研究員，次年獲得文學(xué)碩士學(xué)位。1669年牛頓的數(shù)學(xué)老師辭職，推舉牛頓接替數(shù)學(xué)教授。1686年完成“自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理”，提出了流體運(yùn)動的內(nèi)摩擦定律。1695年出任造幣廠督辦。1701年辭去三一學(xué)院教職，1704年出版“光學(xué)”，晚年一直擔(dān)任英國皇家學(xué)會主席，從事圣經(jīng)的研究。后人評價：牛頓是人類史上最偉大的天才：在數(shù)學(xué)上，發(fā)明了微積分；在天文學(xué)上，發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律，開辟了天文學(xué)的新紀(jì)元；在力學(xué)上，總結(jié)了三大運(yùn)動定律

9、，建立了牛頓力學(xué)體系；在光學(xué)上，發(fā)現(xiàn)了太陽光的光譜，發(fā)明了反射式望遠(yuǎn)鏡。萊布尼慈簡介 萊布尼慈，德國著名的哲學(xué)家和數(shù)學(xué)家（Leibniz，1646-1716）。1646年7月生于萊比錫一個名門世家，其父親是一位哲學(xué)教授。萊布尼慈從小好學(xué)，一生才華橫溢，在許多領(lǐng)域做出不同凡響的成就。在數(shù)學(xué)方面最大的成就是發(fā)明了微積分，今天微積分中使用的符號是萊布尼慈提出的。后來為了與牛頓爭發(fā)明權(quán)問題，他們之間進(jìn)行了一場著名的爭吵。萊布尼慈自定發(fā)明權(quán)時間1674年，牛頓1665-1666年。這場爭論使英國與歐洲大陸之間的數(shù)學(xué)交流中斷，嚴(yán)重影響了英國數(shù)學(xué)的發(fā)展。 微積分問世后，流體成為數(shù)學(xué)家們應(yīng)用微積分的最佳領(lǐng)域。

10、 1738年Daniel Bernoulli出版了“流體力學(xué)”一書，將微積分方法引進(jìn)流體力學(xué)中，建立了分析流體力學(xué)的理論體系，提出無粘流動流速和壓強(qiáng)的關(guān)系式，即Bernoulli能量方程。 1755年瑞士數(shù)學(xué)家歐拉建立了理想不可壓流體運(yùn)動的微分方程組（歐拉方程）。六年后，拉格朗日引入流函數(shù)的概念，建立了理想流體無旋運(yùn)動所滿足的動力學(xué)條件，提出求解這類運(yùn)動的復(fù)位勢法。 伯努利 (Daniel Bernoulli 17001782)瑞士物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家、醫(yī)學(xué)家。1700年2月8日生于荷蘭格羅寧根。著名的伯努利數(shù)學(xué)伯努利數(shù)學(xué)家族家族中最杰出的一位。他是數(shù)學(xué)家J伯努利的次子，和他的父輩一樣，違背家長要

11、他經(jīng)商的愿望，堅(jiān)持學(xué)醫(yī)，他曾在海得爾貝格、斯脫思堡和巴塞爾等大學(xué)學(xué)習(xí)哲學(xué)、論理學(xué)、醫(yī)學(xué)。1721年取得醫(yī)學(xué)碩士學(xué)位。伯努利在25歲時(1725)就應(yīng)聘為圣彼得堡科學(xué)院的數(shù)學(xué)院士。8年后回到瑞士的巴塞爾，先任解剖學(xué)教授，后任動力學(xué)教授，1750年成為物理學(xué)教授。 在17251749年間，伯努利曾十次榮獲法國科學(xué)院的年度獎。 1782年3月17日，伯努利在瑞士巴塞爾逝世，終年82歲。 歐拉 Leonhard Euler （17071783 年）瑞士數(shù)學(xué)家歐拉是世界史上最 偉大的數(shù)學(xué)家之一他從19歲就開始著書，直到76歲高齡仍繼續(xù)寫作幾 乎每個數(shù)學(xué)領(lǐng)域，都可以看到歐拉的名字如初等幾何的歐拉線、多面體

12、 的歐拉定理、立體解析幾何的歐拉變換公式、四次方程的歐拉解法、數(shù)論中的歐拉函數(shù)、微分方程的歐拉方程、級數(shù)論中歐拉常數(shù)、變分學(xué)的歐拉方 程、復(fù)變函數(shù)論歐拉公式等歐拉晚年不幸雙目失明，在失明后的17年 里，他還口述著了幾本書和約400篇 論文 1743年在動力學(xué)一書中，達(dá)朗貝爾提出了達(dá)朗貝爾原理，它與牛頓第二定律相似，但它的發(fā)展在于可以把動力學(xué)問題轉(zhuǎn)化為靜力學(xué)問題處理，還可以用平面靜力的方法分析剛體的平面運(yùn)動，這一原理使一些力學(xué)問題的分析簡單化，而且為分析力學(xué)的創(chuàng)立打下了基礎(chǔ)。 1744年達(dá)朗貝爾提出了著名的“達(dá)朗貝爾疑題”，即不計(jì)流體粘性的話，任意形狀的封閉物體，阻力都是零。 19世紀(jì)人們開始認(rèn)

13、識粘性流體動力學(xué)的基本問題。1826年法國工程師納維（L. M. H.Navavier, 17851836）將歐拉流體運(yùn)動方程加以推廣，加入了粘性項(xiàng)，導(dǎo)出了粘性流體運(yùn)動方程。1845年愛爾蘭數(shù)學(xué)家斯托克斯（S. G. G. Stockes， 18191903)在劍橋大學(xué)從另外不同的出發(fā)點(diǎn)，也導(dǎo)出了粘性流體運(yùn)動方程。現(xiàn)在粘性流體運(yùn)動方程稱為納維-斯托克斯方程或N-S方程。NavierStockes 雷諾在1883年試驗(yàn)粘性流體在小直徑圓管流動時，發(fā)現(xiàn)實(shí)際流動有兩種流態(tài)，分別稱為層流和湍流，相應(yīng)的阻力規(guī)律也不同，決定流態(tài)的是一個復(fù)合參數(shù) ，該參數(shù)此后被稱為雷諾數(shù)。 雷諾（Osborne Reyno

14、lds，18421921），英國工程師兼物理學(xué)家，維多利亞大學(xué)（在曼徹斯特市）教授。 1904年普朗特提出了邊界層理論。他認(rèn)識到，雖然所有的實(shí)際流體都是有粘性的，但如果流動的雷諾數(shù)很大，那么在流動中粘性力的重要性并不是到處一樣的，離開物體表面很遠(yuǎn)的地方粘性力基本上不起作用，只在物面附近，一層很薄的流體(稱邊界層)內(nèi)，粘性力才是重要的，才是必須考慮的。這樣就可以把整個流動分成兩部分來處理：遠(yuǎn)離物面的大部分地區(qū)可以用無粘的理論作計(jì)算，而貼近物面的一層流體的流動需要作粘流計(jì)算。這個概念之所以是突破性的，是因?yàn)橛辛怂瑹o粘流的理論就可以無所顧忌地大踏步向前發(fā)展了；另一方面粘流計(jì)算限制在薄薄的邊界面層內(nèi)

15、，使納維斯托克斯方程得以大大地簡化，使許多有實(shí)用意義的問題能得到解答；這樣粘性流理論也得到了一條新的發(fā)展道路。普朗特也被稱為近代粘性流體力學(xué)之父。普朗特（18751953），德國物理學(xué)家，近代力學(xué)奠基人之一。1875年2月4日生于弗賴辛，1953年8月15日卒于格丁根。他在大學(xué)時學(xué)機(jī)械工程，后在慕尼黑工業(yè)大學(xué)攻彈性力學(xué)，1900年獲得博士學(xué)位。1901年在機(jī)械廠工作，發(fā)現(xiàn)了氣流分離問題。后在漢諾威大學(xué)任教授時，用自制水槽觀察繞曲面的流動，3年后提出邊界層理論，建立繞物體流動的小粘性邊界層方程，以解決計(jì)算摩擦阻力、求解分離區(qū)和熱交換等問題。奠定了現(xiàn)代流體力學(xué)的基礎(chǔ)。普朗特在流體力學(xué)方面的其他貢獻(xiàn)

16、有：風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)技術(shù)。他認(rèn)為研究空氣動力學(xué)必須作模型實(shí)驗(yàn)。1906年建造了德國第一個風(fēng)洞（見空氣動力學(xué)實(shí)驗(yàn)），1917年又建成格丁根式風(fēng)洞。機(jī)翼理論。在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，他于19131918年提出了舉力線理論和最小誘導(dǎo)阻力理論 ，后又提出舉力面理論等。湍流理論。提出層流穩(wěn)定性和湍流混合長度理論。此外還有亞聲速相似律和可壓縮繞角膨脹流動，后被稱為普朗特-邁耶爾流動。他在氣象學(xué)方面也有創(chuàng)造性論著。1925年以后又建立威廉皇家流體力學(xué)研究所，并兼任所長。以后改所改名為普朗特流體力學(xué)研究所。 20世紀(jì)創(chuàng)建了空氣動力學(xué)完整的科學(xué)體系，并得到了蓬勃的發(fā)展。美國萊特兄弟是兩個既有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)又有理論知識，且富有想象力和遠(yuǎn)

17、見的工程師， 1903年12月27日，奧維爾萊特駕駛他們設(shè)計(jì)制造“飛行者一號”首次試飛成功，這是人類歷史上第一架有動力、載人、持續(xù)、穩(wěn)定、可操縱的飛行器。從此開創(chuàng)了飛行的新紀(jì)元。其后，飛機(jī)的發(fā)展推動了空氣動力學(xué)的迅速發(fā)展。 20世紀(jì)2030年代，空氣動力學(xué)的理論和實(shí)驗(yàn)得到迅速發(fā)展，所建造的許多低速風(fēng)洞，對各種飛行器研制進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)，從而很大程度上改進(jìn)了飛機(jī)的氣動外形，實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)動力增加不大的情況下，使飛機(jī)的飛行速度從50m/s增大到170m/s。 20世紀(jì)3040年代，建造了一批超音速風(fēng)洞，使飛機(jī)在40年代末突破了“音障”，50年代隨后突破了“熱障”，實(shí)現(xiàn)了超音速飛行和人造衛(wèi)星。 20世紀(jì)

18、50年代以后，電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，使計(jì)算空氣動力學(xué)得到迅速發(fā)展，理論、實(shí)驗(yàn)、計(jì)算成為飛行器設(shè)計(jì)必不可少的途徑。Wilbur Wright（18671912） Oville Wright（18711948） 儒可夫斯基（Joukowski，18471921），俄國數(shù)學(xué)家和空氣動力學(xué)家，科學(xué)院院士。 1868年畢業(yè)于莫斯科大學(xué)物理系，1886年起歷任莫斯科大學(xué)和莫斯科高等技術(shù)學(xué)校教授，直至1921去世，一直在這兩所學(xué)校工作。他一生有170多部著作，其中60多部是論述空氣動力學(xué)和飛行器的，是實(shí)驗(yàn)和理論空氣動力學(xué)的創(chuàng)始人。提出著名的環(huán)量升力定理。1902年創(chuàng)建了莫斯科大學(xué)空氣動力學(xué)實(shí)驗(yàn)室。 齊奧科夫斯基

19、（ Konstantin Tsiolkovsky ， 18571935），蘇聯(lián)火箭專家和宇航先驅(qū)。 故事略 馮.卡門（Von,Karman,18811963），超聲速時代之父，美國空軍科技奠基石，現(xiàn)代空氣動力學(xué)家。1881年出生于匈牙利的布達(dá)佩斯。祖父是一個很有名的猶太人，父親是布達(dá)佩斯大學(xué)教授。1902年，在布達(dá)佩斯皇家理工綜合大學(xué)獲得碩士學(xué)位，1908在德國哥廷根大學(xué)獲得博士學(xué)位，師從普朗特教授。1926年移居美國，負(fù)責(zé)加州理工大學(xué)風(fēng)洞設(shè)計(jì)工作，提出卡門渦街理論；1935年，提出超聲速阻力原則；1938年提出邊界層控制理論；1941年提出高速飛行機(jī)翼壓力分布公式；1946年提出超聲速相似律。波音767新一代超音速客機(jī)F22戰(zhàn)斗機(jī)“鵜鶘”大型地效飛機(jī)空氣動力學(xué)工業(yè)空氣動力學(xué)鼓風(fēng)機(jī)、渦輪機(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)的氣動力問題房屋、坑道通風(fēng)、高層建筑的風(fēng)壓汽車、高速列車的阻力飛行器在大氣中飛行時的空氣動力學(xué)問題飛行器空氣動力學(xué)空氣動力學(xué)低速空氣動力學(xué)亞音速空氣動力學(xué)跨音速空氣動力學(xué)超音速空氣動力學(xué)高速空氣動力學(xué)空氣動力學(xué)的研究方法實(shí)驗(yàn)研究理論分析數(shù)值計(jì)算空氣