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1、飞行器空气动力学课件飞行器空气动力学课件北京航空航天大学北京航空航天大学航空科学与工程学院航空科学与工程学院流体力学研究所流体力学研究所2005年年2月月飞行器空气动力学目录飞行器空气动力学目录飞行器空气动力学目录飞行器空气动力学目录AerodynamicsforAircraft 第零章第零章绪绪论论第一章第一章低速翼型的气动特性低速翼型的气动特性第二章第二章机翼低速气动特性机翼低速气动特性第三章第三章亚声速翼型和机翼的气动特性亚声速翼型和机翼的气动特性第四章第四章超声速和跨声速机翼的气动特性超声速和跨声速机翼的气动特性主要讲授翼型、机翼在低、亚声速、跨声速和超主要讲授翼型、机翼在低、亚声速、
2、跨声速和超声速绕流时的空气动力特性的分析和计算方法以声速绕流时的空气动力特性的分析和计算方法以及所需的基本理论。及所需的基本理论。介绍飞行器空气动力学中的最主要的理论，阐述介绍飞行器空气动力学中的最主要的理论，阐述飞行器中各主要气动部件相关参数对飞行器气动飞行器中各主要气动部件相关参数对飞行器气动特性的影响，并对目前广泛使用的一些空气动力特性的影响，并对目前广泛使用的一些空气动力数值解法作简单的介绍。数值解法作简单的介绍。内容简介内容简介基本要求基本要求1、必须按时听课，上课认真听讲、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、坚持考勤制度，有事必须请假3、按时独立完成作业、按时
3、独立完成作业4、必须按时参加实验课、完成实验报告、必须按时参加实验课、完成实验报告第第0章章绪绪论论0.1 0.1 先驱飞行器的贡献先驱飞行器的贡献0.2 0.2 战斗机和攻击机的发展战斗机和攻击机的发展0.3 0.3 轰炸机的发展轰炸机的发展0.4 0.4 运输机的发展运输机的发展0.5 0.5 直升机的发展直升机的发展0.6 0.6 特种飞行器的发展特种飞行器的发展0.7 0.7 空气动力学的分类与研究方法空气动力学的分类与研究方法0.1 0.1 先驱飞行器的贡献先驱飞行器的贡献 最初人类向往飞行是从模仿鸟类飞行开始的。但是由于最初人类向往飞行是从模仿鸟类飞行开始的。但是由于鸟类飞行机理的
4、复杂性，至今未能对鸟类飞行机理的复杂性，至今未能对扑翼机扑翼机模仿成功。模仿成功。而真正促使人们遨游天空的，也许是受中国风筝的启发，而真正促使人们遨游天空的，也许是受中国风筝的启发，在航空之父凯利的科学理论指导下，将动力和升力面分在航空之父凯利的科学理论指导下，将动力和升力面分开考虑，而发明的开考虑，而发明的固定翼固定翼飞机。飞机。19031903年年1212月月1717日，世界上第一架有动力、可操纵的飞机日，世界上第一架有动力、可操纵的飞机由美国莱特兄弟驾驶试飞成功。由美国莱特兄弟驾驶试飞成功。飞行者飞行者1 1号号的起飞重量仅的起飞重量仅仅仅360kg360kg，勉强能栽一个人飞离地面，速
5、度比汽车还慢，勉强能栽一个人飞离地面，速度比汽车还慢，只有只有48km/h48km/h，最成功一次飞行只有最成功一次飞行只有5959秒，距离秒，距离260m260m。但但是就这么一架不起眼的小飞机翻开了人类航空史上的重是就这么一架不起眼的小飞机翻开了人类航空史上的重要一页，从此指出飞机成功发展的正确道路，让人类进要一页，从此指出飞机成功发展的正确道路，让人类进入新的航空文明时代。入新的航空文明时代。莱特兄弟的飞行者莱特兄弟的飞行者莱特兄弟的飞行者莱特兄弟的飞行者1 1号号号号Wilbur Wright（18671912）Oville Wright（18711948）0.1 0.1 先驱飞行器的
6、贡献先驱飞行器的贡献1909年年7月月25日，法国航空先驱路易斯布莱奥驾驶他设日，法国航空先驱路易斯布莱奥驾驶他设计的计的XI型飞机，以型飞机，以37分钟的时间第一次成功地分钟的时间第一次成功地飞越英飞越英吉利海峡吉利海峡。1927年年5月，林白完成月，林白完成跨越大西洋跨越大西洋飞行。被列为世界三飞行。被列为世界三大飞行壮举。大飞行壮举。XI型飞机型飞机1923年年1月月9日，西班牙工程师日，西班牙工程师J.切尔瓦研制的切尔瓦研制的C-4型型旋旋翼机翼机在马德里近郊试飞成功。在马德里近郊试飞成功。19361936年年6 6月，德国由福克主持研制的月，德国由福克主持研制的Fw.61Fw.61试
7、飞成功，试飞成功，开辟了直升机造福人类的道路。开辟了直升机造福人类的道路。0.1 0.1 先驱飞行器的贡献先驱飞行器的贡献C-4型旋翼机型旋翼机活塞发动机独占航空的时期活塞发动机独占航空的时期 第第一一次次世世界界大大战战后后，活活塞塞发发动动机机成成为为飞飞机机的的动动力力设设备备，但但由由于于当当时时发发动动机机的的马马力力小小，飞飞机机的的飞飞行行速速度度小小，因因此此当当时时要要解解决决的的主主要要问问题题仍仍然然是是飞飞机机的的升力。多数采用升力。多数采用双翼机或三翼机双翼机或三翼机。要要提提高高飞飞机机的的速速度度，需需提提高高动动力力（发发动动机机）、减减少少阻阻力力（飞飞机机气
8、气动动布布局局），解解决决拉拉力力和和阻阻力力的的矛矛盾盾，除除增增大大发发动动机机的的马马力力外外，还还需需改改善善飞飞机机的的气气动动布布局局以以减减少少阻阻力力。由由于于双双翼翼机机阻阻力力大大（立立柱柱），对对提提高高速速度度不不利利。于于是是从从上上世世纪纪二二十十年年代代后后期期，双双翼翼机逐渐被单翼机取代。机逐渐被单翼机取代。活活塞塞发发动动机机：双双翼翼机机最最大大飞飞行行速速度度接接近近300km/h300km/h；单单翼翼机机飞飞行行速速度度范范围围300300750km/h750km/h（最最大大记记录录755.1km/h755.1km/h）。）。0.1 0.1 先驱飞行
9、器的贡献先驱飞行器的贡献喷气发动机开辟了航空航天的新纪元喷气发动机开辟了航空航天的新纪元 当当飞飞机机的的速速度度接接近近声声速速时时，出出现现了了阻阻力力剧剧增增的的现现象，称为象，称为“声障声障”。由由于于活活塞塞发发动动机机和和螺螺旋旋桨桨推推进进难难以以提提供供足足够够的的推推力来克服力来克服“声障声障”，为此提出涡轮喷气发动机。，为此提出涡轮喷气发动机。19391939年年8 8月月，德德国国研研制制出出第第一一架架喷喷气气发发动动机机飞飞机机（HeHe178178），标志着喷气时代的到来。，标志着喷气时代的到来。随随后后美美、英英、苏苏先先后后发发展展了了装装有有喷喷气气发发动动机
10、机的的战斗机和轰炸机。战斗机和轰炸机。0.1 0.1 先驱飞行器的贡献先驱飞行器的贡献 19471947年年1010月，美国月，美国X-1X-1突破声障突破声障，打开，打开超声速飞超声速飞行行的大门。的大门。19591959年美国试飞的年美国试飞的X-15X-15，突破热障突破热障，让人类有了，让人类有了高超声速高超声速飞行的自由。飞行的自由。喷喷 气气 发发 动动 机机：单单 翼翼 机机 飞飞 行行 速速 度度 范范 围围 9009003600km/h3600km/h。0.1 0.1 先驱飞行器的贡献先驱飞行器的贡献气球气球轻于空气的航空器轻于空气的航空器飞艇飞艇航空器航空器各种飞机各种飞机
11、固定翼航空器固定翼航空器滑翔机滑翔机重于空气的航空器重于空气的航空器旋翼航空器旋翼航空器直升机直升机旋翼机旋翼机扑翼机扑翼机人造地球卫星（运载火箭发射）人造地球卫星（运载火箭发射）无人航天器无人航天器空间探测器空间探测器航天器航天器载人飞船载人飞船载人航天器载人航天器航天站航天站航天飞机航天飞机0.1 0.1 先驱飞行器的贡献先驱飞行器的贡献 战战斗斗机机和和攻攻击击机机是是最最重重要要的的军军用用飞飞机机之之一一。其其主主要要任任务务是是歼歼灭灭空空中中和和地地面面的的敌敌机机，夺夺取取制制空空权权，也也称称为为歼歼击机。其特点是，飞行速度快，机动性好。击机。其特点是，飞行速度快，机动性好。
12、如如果果主主要要用用于于对对地地攻攻击击任任务务的的战战斗斗机机，也也称称为为攻攻击击机（强击机）或战斗轰炸机。机（强击机）或战斗轰炸机。0.2 0.2 战斗机和攻击机的发展战斗机和攻击机的发展 战战斗斗机机起起始始于于第第一一次次世世界界大大战战期期间间，从从最最初初在在简简陋陋飞飞机机上上的的目目视视射射击击，到到19181918年年第第一一次次世世界界大大战战结结束束时时，已已按按用途不同分成不同类机型。用途不同分成不同类机型。第第一一次次世世界界大大战战发发生生于于19141914年年7 7月月到到19181918年年1111月月，历历时时4 4年年3 3个个月月。主主要要英英、法法、
13、俄俄协协约约国国与与德德、意意大大利利、奥奥匈匈帝帝国国同同盟盟国国之之间间的的战战争争，主主要要战战场场在在欧欧洲洲，涉涉及及3333个个国国家家，四四分分之之三三的的人人口口（1515亿亿）卷卷入入这这场场战战争争，最最终终以以同同盟盟国国失失败告终。败告终。0.2 0.2 战斗机和攻击机的发展战斗机和攻击机的发展第一次世界大战名机第一次世界大战名机 福克福克E E战斗机战斗机-德国德国0.2 0.2 战斗机和攻击机的发展战斗机和攻击机的发展0.2 0.2 战斗机和攻击机的发展战斗机和攻击机的发展斯帕德斯帕德S.XIII战斗机战斗机法国法国骆驼骆驼F.1战斗机战斗机英国英国（击落敌机（击落
14、敌机1294架）架）第二次世界大战期间，促使军用飞机发展迅速，参战各第二次世界大战期间，促使军用飞机发展迅速，参战各方均投入大量飞机。这使战斗机的速度、作战半径、机动性方均投入大量飞机。这使战斗机的速度、作战半径、机动性能、机栽设备得到明显提高。到战争结束时，机炮、火箭，能、机栽设备得到明显提高。到战争结束时，机炮、火箭，雷达等均为战斗机的配置。期末还出现了喷气式战斗机雷达等均为战斗机的配置。期末还出现了喷气式战斗机 第第二二次次世世界界大大战战是是以以德德国国、意意大大利利、日日本本为为轴轴心心的的法法西西斯斯侵侵略略集集团团与与美美、苏苏、中中等等反反法法西西斯斯同同盟盟国国之之间间的的一
15、一场场全全球球性性的的战战争争。战战争争从从19391939年年9 9月月1 1日日德德国国侵侵略略波波兰兰开开始始，到到19451945年年9 9月月2 2日日日日本本签签署署投投降降书书为为止止，前前后后经经历历六六年年，战战争争涉涉及及6060多个国家，五分之四的人口卷入这场战争。多个国家，五分之四的人口卷入这场战争。0.2 0.2 战斗机和攻击机的发展战斗机和攻击机的发展 0.2 0.2 战斗机和攻击机的发展战斗机和攻击机的发展第二次世界大战名机第二次世界大战名机喷火战斗机喷火战斗机英国英国 0.2 0.2 战斗机和攻击机的发展战斗机和攻击机的发展拉拉5/拉拉7苏联苏联P-51野马战斗机野马战斗机美国美国 0.2 0.2 战斗机和攻击机的发展战斗机和攻击机的发展零式战斗机零式战斗机日本日本Me.109德国德国