1、人們常問的問題：n空氣動力是什么，是怎樣產生的？n重于空氣的飛行器怎么能飛？n飛行器設計中的關鍵問題是什么？n現代及未來飛行器是什么樣的？n空氣動力學的應用范圍有哪些？n、 主 要 內 容n前言n飛行中的力學現象nCFD在飛行器設計中的重要作用n空氣動力學研究動態前 言n現代飛行器的主要特點n現代飛行器設計對研究方法的要求n飛行器設計的主要研究方法回上級目錄現代飛行器的主要特點n民用飛行器 (貨運飛機、客運飛機等)航程/航時長 有效載重大運行成本低 安全性高n軍用飛行器 (運輸機、轟炸機、戰斗機等) 機動性 隱身性 載彈量 抗打擊能力 進攻/防衛能力 現代飛行器的主要特點(續)n先進飛行器(戰

2、斗機)設計特點n翼身融合設計n鴨式布局(跨、超聲速飛行器)n乘波外形設計(高超聲速飛行器)n機體/進排氣一體化設計n氣動/隱身一體化設計n綜合性能優化設計n典型飛行器演示圖片X32X32X35B2法國Rafale戰機回上級目錄現代飛行器設計方法的要求n周期短n成本低n可重復實驗n結果可靠n可提供飛行器設計所需的參數回上級目錄飛行器設計的主要研究方法n風洞試驗：Wind-tunnel Experimentn數值試驗/模擬 : Numerical Simulationn飛行試驗：Flying Testn理論分析: Theoretical Analysis 回上級目錄風洞試驗n風洞實驗是實驗空氣動力

3、學中的一個重要的研究方法。n風洞：是一種設備，利用相似準則，能夠在地面模擬飛行器在大氣中的飛行，并進行數據采集及處理。n世界上第一座風洞：1891，韋納姆n為飛行器設計及飛行試驗提供技術參數。n優點：能模擬飛行環境。n缺點：成本高、周期長、技術難度大。風洞試驗(續)n隨著電子、激光、熱線、液晶、光導、微型傳感器等技術的發展，目前風洞試驗可以模擬飛行器的大部分飛行環境、參數及模態。如：n大氣湍流、突風、大雨、結冰等n音爆、噪聲等n氣動熱：高超聲速n垂直起落、俯仰(偏航)震蕩、搖滾、尾旋等南航NH-1風洞數值試驗/模擬 n數值模擬是計算流體力學中的核心。n數值模擬：利用高性能計算機，通過數值求解流

4、動模型的控制方程，得到全流場離散點上的流動參數，進而達到模擬流動狀態及過程的目的。n作用：n揭示流動機理n解釋流動現象n數值仿真飛行試驗n根據數值模擬結果與風洞試驗結果，制造原形樣機，進行實際飛行，以測試飛行器的設計指標。n一般需要35架原型機進行實驗。回上級目錄飛行中的力學現象n飛行器所受的力n飛行器所受的力矩n典型的流動現象n超機動飛行飛行中的力學現象飛行器所受的力n升力：又稱舉力，克服重力，抬起飛行器n阻力：含摩擦阻力、壓差阻力等n推力：推進系統提供n重力：飛行器自身重量問題：升力/阻力是怎樣產生的？n速度與壓力的關系：伯努利公式 此式表明：當密度為定值時(不可壓流)，流速越 大的地方，

5、壓力越小。飛行中的力學現象升力的產生(1)常數22UP飛行中的力學現象升力的產生(2)簡單地說：上下翼面的壓力差產生了升力迎角的定義 問題：航海中，為什么規定兩艘船平行航行時，不能靠的太近？n壓差阻力：由上下翼面的壓力差產生了升力， 同時，前后翼面的壓力差會產生阻力。n摩擦阻力：由于氣流具有粘性，在物面上會出 現剪切應力，切向應力形成摩擦力。 理想流體：無粘、不可壓流體 實際流體：有粘、可壓流體飛行中的力學現象阻力的產生飛行中的力學現象空氣的粘性n實際上，空氣是有粘性的。在研究流體流動機理方面，這些粘性效應是不容忽視的。在日常生活中，由于空氣粘性很小而不容易察覺。n現實例子：河中間的河水流速比

6、岸邊快n粘性影響下，飛行器表面的氣流應該具有與當地物面相同的速度。(在相對坐標系下，物體不動，氣流以一定的速度流過物體，此時，物面空氣質點的速度應該為零)飛行中的力學現象粘性效應速度的分層，粘性流動的速度型飛行中的力學現象粘性效應(續)流體微團的變形，切應力的產生飛行中的力學現象飛行器所受的力矩n俯仰力矩：使飛行器抬頭或低頭n偏航力矩：使飛行器航向發生改變n滾轉力矩：使飛行器繞機體軸滾轉飛行中的力學現象典型流動現象(I)擾動傳播的四種情況： n 假設：擾動以聲速傳播。n定義：馬赫數(M)=飛行速度/聲速I. M=0 II. M1 激波 激波前后流場 物理量的變化飛行中的力學現象典型流動現象(I

7、)激波隨物體形狀的變化 飛機周圍的激波 飛行中的力學現象典型流動現象(II)n機翼翼梢脫出的渦索飛行中的力學現象典型流動現象(III)n物體后方的渦系結構，渦的產生、破碎飛行中的力學現象典型流動現象(III)n物體后方的渦系結構，渦干擾飛行中的力學現象典型流動現象(IV)n紊流流動飛行中的力學現象典型流動現象(IV)n無粘流與粘性流動的比較飛行中的力學現象典型流動現象(V)流動隨迎角的變化飛行中的力學現象超機動飛行“眼鏡蛇”機動眼鏡蛇機動眼鏡蛇機動眼鏡蛇機動眼鏡蛇機動SU-37超機動表演飛行中的力學現象超機動飛行回上級目錄CFD在飛行器設計中的作用n正問題：給定飛行器外形，計算氣動載荷、氣動力及飛行器氣動性能n反問題：給定氣動性能要求，尋求符合要求的飛行器氣動外形n綜合優化設計過程CFD在飛行器設計中的作用(續)nCFD的重要作用n以較小的花費獲取較全面的信息。如：n數值模擬周期短 采用CFD技術，波音747飛機的風洞試驗次數減少了70%，研制周期比預定縮短了2年。n模擬軟件的功能可不斷更新、擴充CFD在飛行器設計中的作用(續)n世界各國的航空航天界對CFD都非常重視n科研單位n大學n型號單位等n數值風洞代替大量實際風洞試驗CFD在飛