空气动力学课件—刘charpter0章节

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1、空气动力学基础 第零章 绪论,2010年版本,北京航空航天大学空气动力学北京市精品课,空气动力学基础主要内容,FundamentalsofAerodynamics 第零章 绪论 第一章 流体的基本属性与流体静力学 第二章 流体运动学与动力学基础 第三章 不可压缩无粘流体平面势流 第四章 粘性流体动力学基础 第五章 边界层理论及其近似 第六章 可压缩高速流动基础,2010年版本,北京航空航天大学空气动力学北京市精品课,基本要求,1、必须按时听课，上课认真听讲 2、坚持考勤制度，有事必须请假 3、对缺课1/3的同学不得参加考试 4、按时独立完成作业 5、平时成绩（作业和出勤）占10-15% 6、必

2、须按时参加实验课、完成实验报告,2010年版本,北京航空航天大学空气动力学北京市精品课,第0章 绪论,0.1物质形态与流体力学定义 0.2空气动力学的研究对象 0.3空气动力学的发展进程简介 0.4空气动力学的分类 0.5空气动力学的研究方法 0.6量纲与单位的概念,2010年版本,北京航空航天大学空气动力学北京市精品课,0.1 物质形态与流体力学定义,物质存在的三种状态： 固态-相对应的为固体 液态-相对应的为液体 气态-相对应的为气体 由物质内部微观结构、分子热运动、分子之间的作用力决定的。,2010年版本,北京航空航天大学空气动力学北京市精品课,固体-具有固定的形状和体积。 在静止状态下

3、，可以承受拉力、压力和剪切力。,0.1 物质形态与流体力学定义,2010年版本,北京航空航天大学空气动力学北京市精品课,0.1 物质形态与流体力学定义,液体-具有固定的体积，无固定的形状。 在静止状态下，只能承受压力，几乎不能承受拉力和剪切力。,2010年版本,北京航空航天大学空气动力学北京市精品课,气体-无固定的体积，也无固定的形状。 在静止状态下，只能承受压力，几乎不能承受拉力和剪切力。,0.1 物质形态与流体力学定义,2010年版本,北京航空航天大学空气动力学北京市精品课,流体-液体和气体统称（具有的特点是易流动性,在静止状态下不能承受剪力。） 力学-研究物体处于平衡和机械运动规律及其应

4、用的学科称为力学。 固体力学-研究固体处于平衡和机械运动规律及其应用的学科。 流体力学-研究流体处于平衡和机械运动规律及其应用的学科。,0.1 物质形态与流体力学定义,2010年版本,北京航空航天大学空气动力学北京市精品课,空气动力学是流体力学的一个分支，它是从流体力学发展而来。 空气动力学是物理学的一个分支。 空气动力学-研究空气处于平衡和机械运动规律及其应用的学科。,0.1 物质形态与流体力学定义,2010年版本,北京航空航天大学空气动力学北京市精品课,0.2 空气动力学的研究对象,相对飞行原理（空气动力学实验原理） 当飞行器以某一速度在静止空气中运动时，飞行器与空气的相对运动规律和相互作

5、用力，与飞行器固定不动而让空气以同样大小和相反方向的速度流过飞行器的情况是等效的。,2010年版本,北京航空航天大学空气动力学北京市精品课,相对飞行原理，为空气动力学的研究提供了便利。人们在实验研究时，可以将飞行器模型固定不动，人工制造直匀气流流过模型，以便观察流动现象，测量模型受到的空气动力，进行试验空气动力学研究。,0.2 空气动力学的研究对象,2010年版本,北京航空航天大学空气动力学北京市精品课,在理论上，对飞行器空气绕流现象和受力情况进行分析研究时，可用固接在飞行器上的观察者所看到的绕流图画进行研究，只要远前方气流速度V是常数，空气流过物体的绕流图画就不随时间变化。,0.2 空气动力

6、学的研究对象,2010年版本,北京航空航天大学空气动力学北京市精品课,风洞,0.2 空气动力学的研究对象,2010年版本,北京航空航天大学空气动力学北京市精品课,机翼绕流流场,0.2 空气动力学的研究对象,2010年版本,北京航空航天大学空气动力学北京市精品课,飞行中的边界层分离,0.2 空气动力学的研究对象,2010年版本,北京航空航天大学空气动力学北京市精品课,亚声速情况下飞行的战斗机,0.2 空气动力学的研究对象,2010年版本,北京航空航天大学空气动力学北京市精品课,跨声速情况下飞行的战斗机,0.2 空气动力学的研究对象,2010年版本,北京航空航天大学空气动力学北京市精品课,跨声速情

7、况下飞行的战斗机,0.2 空气动力学的研究对象,2010年版本,北京航空航天大学空气动力学北京市精品课,0.3 空气动力学的发展进程简介,1、公元前的认识（浮力定理） 2、公元以后至17世纪的定性描述 3、17-20世纪理想流体力学的发展 4、19-20世纪粘性流体力学的发展 5、空气动力学的发展,2010年版本,北京航空航天大学空气动力学北京市精品课,0.3 空气动力学的发展进程简介,1、公元前的认识（浮力定理） 在中国的春秋战国时期（公元前770-221）,中国先农开始兴建大型水利工程，包括灌溉工程、运河工程和堤防工程。当时比较大的灌溉工程有：芍陂、章水十二渠、都江堰和郑国渠。其中，芍陂和

8、都江堰历经两千多年，至今仍再发挥作用。当时对水流运动特性已有足够的认识。,2010年版本,北京航空航天大学空气动力学北京市精品课,0.3 空气动力学的发展进程简介,芍坡和郑国渠,2010年版本,北京航空航天大学空气动力学北京市精品课,0.3 空气动力学的发展进程简介,神农,都江堰,2010年版本,北京航空航天大学空气动力学北京市精品课,0.3 空气动力学的发展进程简介,阿基米德简介 古希腊学者阿基米德（Archimedes）(公元前287-212），意大利西西里岛的叙拉古人，其父亲是天文学家。阿基米德在数学、物理学、天文学等方面做出了重要贡献。 阿基米德是叙拉古国王希龙二世的亲戚，为国王鉴定过

9、王冠。 主要论著：论平板的平衡、论浮体 阿基米德是整个历史上最伟大的数学家之一，后人对阿基米德给以极高的评价，常把他和牛顿、高斯并列为有史以来三个贡献最大的数学家。在流体力学方面，他发现了水的浮力原理。,2010年版本,北京航空航天大学空气动力学北京市精品课,0.3 空气动力学的发展进程简介,阿基米德的名著论浮体是公元前250年最早的关于流体力学的著作。流体静力学的基本原理（水的浮力原理），即物体在液体中减轻的重量，等于排去液体的重量，后来以“阿基米德原理”著称于世，并由此开创了流体静力学的研究。,2010年版本,北京航空航天大学空气动力学北京市精品课,0.3 空气动力学的发展进程简介,2、公

10、元以后至17世纪的定性描述 Eddas文学集纪录了一个源于五世纪北欧的古代神话故事。故事说的是有一个以制造兵器为职业的铁匠Wayland，他制造了一套可以穿在身上的飞行翅膀。 根据传说，Wayland制成他的第一套飞行翅膀后，就开始同他的兄弟Egil一同进行实验，也就是作一次试飞。他兄弟问他，“我应当怎么办呢？我在这方面一点也不懂”。Wayland缓慢地强调说道：“顶着风飞，你就容易升高向上，以后，当你下降的时候，要顺着风飞扬”。Egil按照他的话穿好羽毛衣裳，并且立刻高飞在空中，迅速得象鸟一样，忽高忽低，敏捷异常。,2010年版本,北京航空航天大学空气动力学北京市精品课,0.3 空气动力学的

11、发展进程简介,李白： 大鹏一日同风起，扶摇直上九万里。 假令风歇时下来，犹能簸却沧溟水。 世人见我恒殊调，闻余大言皆冷笑。 宣父犹能畏后生，丈夫未可轻年少。 译文： 大鹏总有一天会和风飞起，凭借风力直上九天云外。 如果风停了，大鹏飞下来，还能扬起江海里的水。 世间人们见我老是唱高调，听到我的豪言壮语都冷笑。 孔子还说过“后生可畏”，大丈夫不可轻视少年人。 写作背景： 此诗是李白在开元八年（720）左右来渝州拜见李邕（开元七年至九年前后，任渝州（今重庆市）刺史），希望通过李邕引荐找到政治出路，却受到冷遇，愤激之余写下的。诗人正当年轻气盛时候，诗中以不羁的大鹏自诩。 大鹏是庄子逍遥游中的神鸟，传说

12、这只神鸟其大“不知其几千里也 ”，“其翼若垂天之云”。,2010年版本,北京航空航天大学空气动力学北京市精品课,0.3 空气动力学的发展进程简介,达.芬奇意大利文艺复兴时期的科学和艺术全才 DaVinci(1452-1519，他是一位名律师和农家女子的私生子，小时侯虽然没有受过正式的教育，主要在家随父亲读书自学，但从小勤奋学习，才智过人，思维敏捷，很快在许多方面做出了令人惊叹的成绩。 他是一位思想深邃，学识渊博，多才多艺的画家、寓言家、雕塑家、发明家、哲学家、音乐家、医学家、生物学家、地理学家、建筑工程师和军事工程师。他是一位天才，他一面热心于艺术创作和理论研究，研究如何用线条与立体造型去表现

13、形体的各种问题；另一方面他也同时研究自然科学，为了真实感人的艺术形象，他广泛地研究与绘画有关的光学、数学、地质学、生物学等多种学科。他的艺术实践和科学探索精神对后代产生了重大而深远的影响，他是人类智慧的象征，他逝世之后的500年间，人类对他的研究与探索依然不断，在欧美各国和日韩、以色列等亚洲国家都有专门的达芬奇研究机构。而对于他的祖国意大利来说，他更是一个国家文化的象征，在这个国家，红酒、家具、餐厅、酒店、机场等以他的名字命名的事物数不尽数。意大利著名品牌LeonardoDiGasun（中译老人头）也是以他的自画像做为Logo的。,2010年版本,北京航空航天大学空气动力学北京市精品课,Leo

14、nardoDaVinci,2010年版本,北京航空航天大学空气动力学北京市精品课,3、17-20世纪理想流体力学的发展 牛顿简介 英国著名的数学家和物理学家牛顿（1643-1727）,出生于英国林肯郡伍尔索普乡村，是一个遗腹子，3岁母亲改嫁，将他留给外祖父母。1661年进剑桥三一学院学习，1665年大学毕业获得学士学位。1667年成为三一学院研究员，次年获得文学硕士学位。1669年牛顿的数学老师辞职，推举牛顿接替数学教授。1686年完成“自然哲学之数学原理”，提出了流体运动的内摩擦定律。 后人评价 牛顿是人类史上最伟大的天才：在数学上，发明了微积分；在天文学上，发现了万有引力定律，开辟了天文学

15、的新纪元；在力学上，总结了三大运动定律，建立了牛顿力学体系；在光学上，发现了太阳光的光谱，发明了反射式望远镜。,0.3 空气动力学的发展进程简介,2010年版本,北京航空航天大学空气动力学北京市精品课,0.3 空气动力学的发展进程简介,莱布尼慈简介 莱布尼慈，德国著名的哲学家和数学家（Leibniz，1646-1716）。1646年7月生于莱比锡一个名门世家，其父亲是一位哲学教授。莱布尼慈从小好学，一生才华横溢，在许多领域做出不同凡响的成就。 在数学方面最大的成就是发明了微积分，今天微积分中使用的符号是莱布尼慈提出的。后来为了与牛顿争发明权问题，他们之间进行了一场著名的争吵。莱布尼慈自定发明权

16、时间1674年，牛顿1665-1666年。这场争论使英国与欧洲大陆之间的数学交流中断，严重影响了英国数学的发展。,2010年版本,北京航空航天大学空气动力学北京市精品课,0.3 空气动力学的发展进程简介,微积分问世后，流体成为数学家们应用微积分的最佳领域。1738年DanielBernoulli出版了“流体力学”一书，将微积分方法引进流体力学中，建立了分析流体力学的理论体系，提出无粘流动流速和压强的关系式，即Bernoulli能量方程。 伯努利，D.(DanielBernoulli17001782)瑞士物理学家、数学家、医学家。1700年2月8日生于荷兰格罗宁根。著名的伯努利数学家族中最杰出的一位。在25岁时(1725)就应聘为圣彼得堡科学院的数学院士。8年后回到瑞士的巴塞尔，先任解剖学教授，后任动力学教授，1750年成为物理学教授。在17251749年间，