[工学]概述1-空气动力力学.ppt

2019/5/8,1,绪 论,空气动力学,2019/5/8,2,自我介绍：,姓名：刘旭辉 任职：航空机电设备维修专业 电话答疑时间：每周二的七八节,2019/5/8,3,上课的纪律要求：,1、不缺课、不迟到不早退； （有事事先请假，假条） 2、上课关闭手机铃声，遵守其他各项课堂纪律； 3、课上回答问题需用普通话。,2019/5/8,4,课程介绍：专业基础课,目的：掌握飞行动力学的基本知识。 1、了解大气基本物理性质； 2、掌握空气动力学基本原理； 3、理解飞机各空气动力学部件功用 及工作原理； 4、理解飞行稳定性与操纵性的关系； 5、了解高速飞行特性。,2019/5/8,5,授课方式：讲授、视频、电影、小组讨论、参观实验及飞机模型小制作等。,2019/5/8,6,课程安排,教材： 空气动力学和维护技术基础ME、AV 参考书：杜广生工程流体力学中国电力出版社 罗惕乾 流体力学机械工业出版社 孔 珑流体力学高等教育出版社 孔 珑流体力学高等教育出版社,学时数： 7870（理论课）8（实验参观）,2019/5/8,7,参考网址： 飞机的飞行原理简介： /t5/default1.asp 模拟军校/ 飞行指南，飞行物理学：/school.htm 中国科普博览/ 航空知识：/gb/beyond/aviation/knowledge/index.html,2019/5/8,8,话说空气动力学,2019/5/8,9,你想知道高尔夫球飞得远应表面光滑还是粗糙吗？ 你想知道汽车阻力来至前部还是尾部吗？ 你想知道机翼升力来至下部还是上部吗？ 你想知道为什么大雁排成“人”字形飞行吗？ 请学习空气动力学,2019/5/8,10,高尔夫球表面为什么有很多小凹坑？,最早的高尔夫球 现在的高尔夫球,2019/5/8,11,大多数的高尔夫球有300 500个小凹坑，每个坑的平均深度约为0.025厘米。小凹坑通常是圆形的，但其他的形状也可以有极佳的空气动力性能，例如某些公司生产的高尔夫球采用的是六角形。,2019/5/8,12,汽车阻力来自前部还是后部？,汽车发明于19世纪末，当时人们认为汽车的阻力主要来自前部对空气的撞击，因此早期的汽车后部是陡峭的，称为箱型车，阻力系数CD很大，约为0.8。,2019/5/8,13,汽车阻力来自前部还是后部？,实际上汽车阻力主要来自后部形成的尾流，称为形状阻力。,2019/5/8,14,汽车阻力来自前部还是后部？,20世纪30年代起，人们开始运用流体力学原理改进汽车尾部形状，出现甲壳虫型，阻力系数降至0.6。,2019/5/8,15,20世纪5060年代改进为船型，阻力系数为0.45。,2019/5/8,16,80年代经过风洞实验系统研究后，又改进为鱼型，阻力系数为0.3。 以后进一步改进为楔型，阻力系数为0.2。,2019/5/8,17,90年代后，科研人员研制开发的未来型汽车，阻力系数仅为0.137。 经过近80年的研究改进，汽车阻力系数从0.8降至0.137，阻力减小为原来的1/5 。 目前，在汽车外形设计中流体力学性能研究已占主导地位，合理的外形使汽车具有更好的动力学性能和更低的耗油率。,2019/5/8,18,机翼升力来至下部还是上部？,2019/5/8,19,气体力学在工程中的应用,船舶运动,浮标,海洋平台,潜器,地效翼艇 （WIG）,航空航天航海,2019/5/8,20,航空航天航海,2019/5/8,21,威尔伯.莱特（1867-1912） 奥维尔.莱特（1871-1948）,飞行者1号,2019/5/8,22,流体力学也是众多应用科学和工程技术的基础。,由于空气动力学的发展，人类研制出3倍声速的战斗机。,F-15,EXIT,航空航天航海,2019/5/8,23,幻影2000,EXIT,2019/5/8,24,使重量超过3百吨，面积达半个足球场的大型民航客机，靠空气的支托象鸟一样飞行成为可能，创造了人类技术史上的奇迹。,EXIT,2019/5/8,25,利用超高速气体动力学，物理化学流体力学和稀薄气体力学的研究成果，人类制造出航天飞机，建立太空站，实现了人类登月的梦想。,EXIT,2019/5/8,26,EXIT,2019/5/8,27,单价超过10亿美元，能抵御大风浪的海上采油平台；,EXIT,2019/5/8,28,用翼栅及高温，化学，多相流动理论设计制造成功大型气轮机，水轮机，涡喷发动机等动力机械，为人类提供单机达百万千瓦的强大动力。,水 轮 机,EXIT,能源动力,2019/5/8,29,用翼栅及高温，化学，多相流动理论设计制造成功大型汽轮机，水轮机，涡喷发动机等动力机械，为人类提供单机达百万千瓦的强大动力。,汽轮机叶片,EXIT,2019/5/8,30,大型水利枢纽工程，超高层建筑，大跨度桥梁等的设计和建造离不开水力学和风工程。,EXIT,2019/5/8,31,大型水利枢纽工程，超高层建筑，大跨度桥梁等的设计和建造离不开水力学和风工程。,EXIT,2019/5/8,32,大型水利枢纽工程，超高层建筑，大跨度桥梁等的设计和建造离不开水力学和风工程。,杨浦大桥,EXIT,2019/5/8,33,21世纪人类面临许多重大问题的解决，需要流体力学的进一步发展，它们涉及人类的生存和生活质量的提高。,全球气象预报； （卫星云图）,EXIT,2019/5/8,34,环境与生态控制；,EXIT,2019/5/8,35,灾害预报与控制；龙卷风,EXIT,2019/5/8,36,灾害预报与控制；太平洋暴云,EXIT,2019/5/8,37,火山与地震预报；,EXIT,2019/5/8,38,发展更快更安全更舒适的交通工具；,EXIT,2019/5/8,39,流体力学需要与其他学科交叉，如工程学，地学，天文学，物理学，材料科学，生命科学等，在学科交叉中开拓新领域，建立新理论，创造新方法。,EXIT,运动体育,化工过程,交通雍堵,2019/5/8,40,网上冲浪：查找这些奥秘,香蕉球的奥秘,“兵乓球的上旋和下旋球打法”利用何原理？ 火车站台为什么设置“安全线” 还有哪些现象与空气动力学有关？,作业,2019/5/8,41,第一时期： 18世纪以前,第二时期： 18世纪20世纪初叶,第三时期： 近代,流体力学发展史,2019/5/8,42,第一时期： 18世纪以前,公元前250年 阿基米德论浮体,流体力学第一部著作,古希腊数学家、力学家，静力学和流体静力学的奠基人,2019/5/8,43,第一时期： 18世纪以前,达芬奇,水力学,沉浮、孔口出流、物体的运动阻力以及管道、明渠中水流等问题,实验方法了解水流性态,著作论鸟的飞行,2019/5/8,44,第一时期： 18世纪以前,1612年 伽利略,流体静力学,潜体的沉浮原理,并首先提出，运动物体的阻力随着流体介质密度的增大和速度的提高而增大。,在流体静力学中应用了虚位移原理,2019/5/8,45,第一时期： 18世纪以前,1643年 托里拆利,1650年 帕斯卡,孔口泄流公式,液体中压力传递定律,2019/5/8,46,第一时期： 18世纪以前,1686 牛顿,流体黏性,第一章 黏性,自然哲学的数学原理,牛顿内摩擦定律,英国伟大的数学家、物理学家、天文学家和自然哲学家。,2019/5/8,47,第二时期： 18世纪20世纪初叶,1738 伯努利,伯努利方程,古典流体力学成为一门独立学科,流体动力学基本公式,瑞士科学家，曾在俄国彼得堡科学院任教，他在流体力学、气体动力学、微分方程和概率论等方面都有重大贡献，是理论流体力学的创始人。,2019/5/8,48,第二时期： 18世纪20世纪初叶,1755 欧拉,理想流体平衡微分方程,流体静力学,理想流体运动微分方程,流体动力学基础,瑞士数学家、力学家、天文学家、物理学家，变分法的奠基人，复变函数论的先驱者，理论流体力学的创始人。,2019/5/8,49,第二时期： 18世纪20世纪初叶,纳维尔 斯托克斯,NS方程,流体动力学基础,黏性流体运动微分方程,2019/5/8,50,第二时期： 18世纪20世纪初叶,1883 雷诺,层流、紊流,黏性流体的一维定常流动,雷诺应力,英国力学家、物理学家和工程师。杰出的实验科学家。,2019/5/8,51,第二时期： 18世纪20世纪初叶,儒可夫斯基,机翼理论升力公式,不可压缩流体有旋流动和二维无旋流动,机翼设计,2019/5/8,52,第二时期： 18世纪20世纪初叶,1912卡 门,卡门涡街,美国著名空气动力学家,解释机翼张线的“线鸣“、水下螺旋桨的“嗡鸣“,2019/5/8,53,第二时期： 18世纪20世纪初叶,1904普朗特,边界层理论,不可压缩流体二维边界层概述,德国力学家。现代流体力学的创始人之一。边界层理论、风洞实验技术、机翼理论、紊流理论等方面都作出了重要的贡献，被称作空气动力学之父。,2019/5/8,54,第三时期： 近 代,三元流动理论,计算流体力学,多相流,环境流体力学,磁流体力学,非牛顿流体力学,2019/5/8,55,穿过厚纸片的子弹的激波,飞机激波,航天飞机周围的激波,2019/5/8,56,涡街,液滴落在液面时的瞬间,2019/5/8,57,协和式飞机着陆时的流场,有攻角的锥头背风面的涡,2019/5/8,58,应用图例,2019/5/8,59,喷气式飞机外流场,机舱内空调气体流动模拟效果图,2019/5/8,60,宝马轿车的外流场显示图,车厢内的空气流场,2019/5/8,61,海上石油平台的空气外流场,2019/5/8,62,大禹治水 4000多年前的大禹治水，说明我国古代已有大规模的治河工程。 (公元前256210年) 秦代，在公元前256-前210年间便修建了都江堰、郑国渠、灵渠三大水利工程，说明当时对明槽水流和堰流流动规律的认识已经达到相当水平。 龙首渠（公元前156-前87） 西汉武帝时期，为引洛水灌溉农田，在黄土高原上修建了龙首渠，创造性地采用了井渠法，即用竖井沟通长十余里的穿山隧洞，有效地防止了黄土的塌方。,流体力学在中国,2019/5/8,63,李冰（公元前302-235）,都江堰,2019/5/8,64,水利风力机械 在古代，以水为动力的简单机械也有了长足的发展，例如用水轮提水，或通过简单的机械传动去碾米、磨面等。东汉杜诗任南阳太守时（公元37年）曾创造水排（水力鼓风机），利用水力，通过传动机械，使皮制鼓风囊连续开合，将空气送入冶金炉，较西欧约早了一千一百年。,2019/5/8,65,流体力学在中国,钱学森 钱学森， 他在火箭、导弹、航天器的总体、动力、制导、气动力、结构、材料、计算机、质量控制和科技管理等领域的丰富知识，为中国火箭导弹和航天事业的创建与发展作出了杰出的贡献。1957年获中国科学院自然科学一等奖，1979年获美国加州理工学院杰出校友奖，1985年获国家科技进步奖特等奖。1989年获小罗克维尔奖章和世界级科学与工程名人称号，1991年被国务院、中央军委授予“国家杰出贡献科学家”荣誉称号和一级英模奖章。,20