流体力学对航空航天发展的作用

21141P：王强〔３０〕冒佳彬程飞菲李伟伟王晶王强〔３１〕流体力学对航空航天发展的作用流体力学的研究对象及意义今天我给大家讲的题目是流体力学对航空航天技术开展的作用，我希望能够在比较短的时间以内，让同学们知道和了解流体力学的作用。在一定的外界条件下，根据组成物质的分子间距离和相互作用力强弱的不同，将物质划分为固体、液体和气体，而根据物质的受力和运动特性的不同，物质又可划分为固体和流体。流体包括液体和气体。固体既能承受法向力〔包括压力和拉力〕，又能承受切向力，在弹性范围内作用力使固体产生有限的变形，作用力消失，变形消失，固体恢复到原来的形状；流体只能承受压力，不能承受拉力，在静止流体中只要有切向力的作用，不管它多么小，在足够大的时间内流体将产生连续不断的变形。这种变形就是我们所说的流动。因此，也称能流动的物质为流体。水、空气、酒精、滑油等是常见的流体。流体力学，是研究流体(液体和气体)的力学运动规律及其应用的学科。主要研究在各种力的作用下，流体本身的状态，以及流体和固体壁面、流体和流体间、流体与其他运动形态之间的相互作用的力学分支。流体力学是力学的一个重要分支，它主要研究流体本身的静止状态和运动状态，以及流体和固体界壁间有相对运动时的相互作用和流动的规律。在生活、环保、科学技术及工程中具有重要的应用价值。流体力学中研究得最多的流体是水和空气。它的主要根底是牛顿运动定律和质量守恒定律，常常还要用到热力学知识，有时还用到宏观电动力学的根本定律、本构方程和高等数学、物理学、化学的根底知识。1738年伯努利出版他的专著时，首先采用了水动力学这个名词并作为书名；1880年前后出现了空气动力学这个名词；1935年以后，人们概括了这两方面的知识，建立了统一的体系，统称为流体力学。流体力学流体力学对航空航天开展的作用机翼理论和边界层理论的开展湍流对航空航天的开展航空空气动力学20世纪初，飞机的出现极大地促进了空气动力学的开展。航空事业的开展，期望能够揭示飞行器周围的压力分布、飞行器的受力状况和阻力等问题，这就促进了流体力学在实验和理论分析方面的开展。20世纪初，以儒科夫斯基、恰普雷金、普朗特等为代表的科学家，开创了以无粘不可压缩流体位势流理论为根底的机翼理论，说明了机翼怎样会受到举力，从而空气能把很重的飞机托上天空。机翼理论的正确性，使人们重新认识无粘流体的理论，肯定了它指导工程设计的重大意义。机翼理论和边界层理论的建立和开展是流体力学的一次重大进展，它使无粘流体理论同粘性流体的边界层理论很好地结合起来。20世纪40年代以后，由于喷气推进和火箭技术的应用，飞行器速度超过声速，进而实现了航天飞行，使气体高速流动的研究进展迅速，形成了气体动力学、物理-化学流体动力学等分支学科。机翼理论和边界层的开展流体力学中最普遍的现象是湍流，而湍流机制那么是最根本的问题，曾吸引众多的力学家、物理学家和数学家从事研究，如:普朗特，柯莫戈罗夫Kolmogorov〕，兰道〔Landau〕等。经过多代人的研究，经历了唯象理论、统计理论、模式理论直至今天的直接数值模拟等阶段，对这一问题的认识已大为深化。航天飞行器在大气层内飞行时,常常遇到湍流问题,湍流已成为现代飞元素之一。而由于现代飞行器越来越要求精细化设计和临界设计,使得湍流问题愈发凸显,甚至已经成为设计瓶颈。转捩与湍流对飞行器设计的影响是多方面的,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。湍流对航空航天的开展航空空气动力学1、航空空气动力学的概述2、CFD方法的开展与挑战3、航空空气动力学的现状与趋势4、航空空气动力学的开展航空空气动力学先说这个空气，这空气的话，大家都是很熟悉的了，因为要没有空气的话，咱们这个地球动物植物还有很多东西都不可能生存。但这空气动力学作为一门科学来讲，很多人对它就了解的比较少了，有的大学老师就叫做空气动力学空洞空洞，空空洞洞不好懂。可是这个空气，它是无所不在，它和我们生活息息相关，空气动力学的话，作为庞大的自然科学体系中的一个分支，它的诞生和开展孕育了、催生了、促进了航空航天飞行器的开展。事实上，这个上世纪我国航空航天开展大大促进了空气动力学的研究工作。最简单的方法就是把空气动力学的定义定义清楚。空气动力学，首先它属于力学的范围，它是流体力学的一个分支，它研究什么呢？1、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，风洞试验是主要设计工具。计算机技术的迅猛开展推动了航空空气动力学的革命。目前正在大力开展的计算流体力学将以突破对黏流流场物理现象的模拟能力为重点，尤其是精确预测流动别离点和转捩过程以及湍流流动。航空空气动力学概述2、空气动力学研究的重大突破往往导致新概念飞行器的诞生，空气动力学是飞行器研制创新的源泉之一。在过去的五十年里，航天飞行器的研制还是取得了骄人的成绩，为提高我国综合国力，提高国防现代化建设做出了巨大的奉献，无论是在运载火箭、载人航天以及战略战术导弹的研制中，空气动力学都发挥了重要的作用。但它的作用又往往是无形的或是隐形的，你在任何一个航天飞行器上看不到空气动力学的“硬产品〞。这个对我们的影响还是比较大的。美国在空气动力学研究与开展领域一直处于世界领先地位，在探索新概念飞行器、航空新技术、新研究和试验方法上也具有明显优势。

随着CFD技术的迅猛开展及其在军、民飞行器气动力设计中的广泛应用，预测给定外形绕流的无粘CFD流场技术已非常成熟并成功应用于先进战斗机的全机模拟中。

CFD算法在1970～1985年期间开展迅速，之后开展相对平缓，特别是工程应用进展比较缓慢，仅仅是在提高计算解的速度上有了一定改进。改善CFD算法不仅要求提高计算速度还需要增加计算精度，从CFD开展历史看，改善计算精度往往是以成倍增加计算时间为代价的。因此，必须均衡开展，提高计算精度而不增加时间是未来CFD算法的挑战。

CFD开展的最终目的是不用进行昂贵的地面试验和飞行试验就能验证新的技术或新的飞机概念，能够成为设计师在经济可承受性范围内精确预测气动力、力矩和载荷的可靠工具。到达这一能力的主要障碍是对黏流流场物理现象的模拟能力，尤其是精确预测流动别离点和转捩过程以及湍流流动。CFD方法的开展与挑战航空空气动力学未来的技术先进性将随着我们对整个速度范围内的三维复杂非定常黏性流动的机理的进一步了解、模拟、控制能力的增加而产生新的飞跃。先进主动流体控制技术已成为空气动力学开展的前沿技术，它的开展和应用将给未来飞机设计带来重大变革，有助于开发出具有创新性概念的飞行器。航空空气动力学的现状与趋势航空空气动力学是流体力学的一个分支，对航空航天的开展有着重要的作用。航空空气动力学开展的目的是不断地开发新的飞机设计概念，成功地实现先进飞机的设计，研究使设计师在经济可承受性范围内精确预测气动力、力矩和载荷的可靠工具。目前正在大力开展的计算流体力学将以突破对黏流流场物理现象的模拟能力为重点，尤其是精