力学与航天航空工程.doc

题 目 力学与航空航天工程 姓 名 费腾 学 号 3152401020 学 院 土木工程与力学学院 专 业 工程力学 指导老师 孙虎 工程力学概论论文 力学与航天航空工程 费腾 土木工程与力学学院工程力学1501 摘要 航空航天工程是我国的一项最新科学技术的项目 和人们的日常生活以及我国的经济发展紧密相连 人们平时乘坐的飞机 探索外太空时用的火箭和飞船 都是这项工程的成果 而飞行器的制造 力学对其起到了重要的作用 20世纪初的时候 人们研制出了飞机 空气动力学因此被人们所逐渐重视起来 由此空气动力学得到长足的进步 人们也逐渐发现很多问题并且逐一解决 人们开始研究飞行器四周的受力情况和飞行器周围的空气流动情况 这就大大促进了流体力学的发展 20世纪初 儒科夫斯基 恰普雷金 普朗特等研究人员 开创了最早的机翼理论 解释了为何机翼会受到举力 飞机是如何被举上天空 人们通过机翼理论对无粘流体的理论有了新的认识 认为它对于指导工程设计存在着的重大作用 湍流是流体力学中最困难的问题之一 曾经吸引了众多人从事研究 例如普朗特 柯莫戈罗夫 兰道 Landau 等人 经过一代代人们的研究 人类对于湍流现象已经有了一定的了解 也逐渐探索到了一些解决的方法 湍流是流体的一种流动状态 当流速很小的时候 流体分层流动 互不混合 称为层疏 也称为稳流或片流 逐渐增加流速 流体的流线开始出现波浪状的摆动 摆动的频率及振幅随流速的增加而增加 此种流况称为过渡流 当流速增加到很大时 流线不再清楚可辨 流场中有许多小漩涡 层流被破坏 相邻流层间不但有动滑 还有混合 这时的流体作不规则运动 有垂直于流管轴线方向的分速度产生 这种运动称为湍流 又称为乱流 扰流或紊流 关键词 航空航天 力学 Abstract aerospace engineering is a comprehensive project of the latest science and technology and China s economic development and people s lives are closely related Aerospace engineering plays a very important role in the exploration of mineral deposits and weather forecast In the early twentieth Century the emergence of the aircraft greatly promoted the development of aerodynamics the development of the aviation industry expected to be able to reveal the pressure distribution around the aircraft the aircraft s stress situation and resistance and other issues This has promoted the development of the experimental and theoretical analysis of fluid mechanics At the beginning of the 20th century the JOUKOWSKY Chaplygin Prandtl PL is representative of the researchers creating a to the inviscid incompressible fluid potential flow theory based on airfoil theory clarifies the wing how will be lifting so that air can support heavy aircraft in the sky The correctness of wing theory makes it a new understanding of the theory of non viscous fluid and it is certain that it guides the engineering design The most difficult phenomenon in fluid mechanics is turbulence and turbulence is the most fundamental problem which has attracted many people to study Such as Prandtl Co Mo Gore Rolf Landau Landau etc After many generations of research has experienced the phenomenological theory statistical theory model theory until today s direct numerical simulation and other stages the understanding of this problem has been greatly deepened Turbulent flow is a flow state of the fluid When the flow rate is very small stratified flow mixing said thin layer also called the steady flow or flow gradually increase the flow rate fluid streamlines began to appear wavy swing swing frequency and amplitude increases with the increase of flow velocity such flow conditions known as transitional flow when the flow rate increases to a large streamline no longer clearly discernible the flow field has many small eddies laminar flow is destroyed adjacent to the stream layer not only has the slide and mixed When the fluid for irregular movement and vertical to the flow tube in the axial direction of the velocity This movement called for turbulence also known as turbulence turbulent flow or turbulent flow 1引言 所谓的流体力学 是一门研究流体力学运动规律并且使它能够得以运用的学科 主要研究的是流体在不同的力的作用下 流体本身的状态变化 1738年 伯努利出版了 水动力学 人们又在1880年左右提出了空气动力学这一概念 最终人们结合这两个方面 开创了流体力学 2机翼理论的发展 机翼理论的建立和发展使流体力学有了更大的发展 它很好的结合了无粘流体理论同粘性流体的边界层理论 由于汽轮机的完善和飞机飞行速度提高到每秒50米以上 又迅速扩展了从19世纪就开始的 对空气密度变化效应的实验和理论研究 为高速飞行提供了理论指导 20世纪40年代以后 因为应用了喷气推进和火箭技术 飞行速度超过声速 因此航天飞行得以实现 气体高速流动的研究也因此得到的飞快的发展 形成了气体动力学 物理 化学流体动力学等分支学科 流体力学中的这种边界层现象 也对其他领域的发展起了很大的作用 由于其中有着更加深奥的内容 应用数学也由此进一步的发展 3湍流对航空航天的发展的影响 航天飞行器在大气层内飞行的时候 经常会碰到湍流的问题 湍流已经是现在的飞行问题之一 而且因为现在的飞行器对精细化的要求越来越高 大大加深了湍流的问题 设计问题也因此受到了很大的影响 而且这种影响 例如 影响热防护系统的设计 影响有效载荷的设计 影响飞行器气动布局的设计 4航空空气动力学 先说空气 空气是人类平时生活中一直能接触到的 如果没有空气 人类和地球上的很多生物都无法生存 而对于空气动力学这一门科学研究 人们对它并不是十分了解 空气动力学 是众多科学领域的一个分支 正是由于它的存在极大的促进了航天航空事业的发展 1903年 世界上第一架飞机由莱特兄弟制造出 人类实现了长久以来的飞天梦想 他们建立了一个小型风洞 经过长时间的研究和尝试 终于在空气动力学基础理论的帮助下成功制造了这一架飞机 随着技术的提升 人类逐渐可以研制重于空气的飞行器 40年代中期到50年代 可压缩空气动力学得到极大的发展 同时人们发现了跨音速面积积律 最终实现对 音障 的突破 超音速飞行得以实现 由苏联和美国等国家研制出的喷气式飞机 例如美国的F 86 苏联的米格 15等 50年代后 人类更是大力研究关于超音速的问题 由此第二代性能更加先进的飞行器被研制了出来 例如美国的飞行器F 4 苏联的飞行器米格 21 法国的幻影 3等 传统的飞行器气动布局设计主要依赖理论研究估算 设计师的经验以及大量的风洞试验结果 风洞试验是主要的设计工具 计算机技术的快速发展大大提升了空气动力学的发展速度 如今大力发展的计算流体力学会重点尝试提高对黏流流场物理现象的模拟能力 特别是精确预测流动分离点以及湍流流动 4结论 由此可以看出 力学与航天航空工程密不可分 航天航空工程的发展过程中处处都有力学的影子 随着航天航空工程的发展 人类社会也越来越发达 人们可以乘坐飞机出行 大大减少了旅途时间 也正是随着航天航空事业的发展 人们才可以将目光投向遥远的太空 探索那无垠的宇宙空间 尽管到目前为止人类对太空的认识还有限 但是相信有科学家 力学家的不断努力研究 人类能够对太空有更深的认识