空气动力学与飞行原理 课件 第3章空气动力学基础

目录第一节流体力学简介第二节空气动力第3章空气动力学基本知识课程思政我国著名空气动力学家、“中国航天之父”“中国导弹之父”“中国自动化控制之父”和“火箭之王”钱学森。钱学森从事科研70载，淡泊名利、刻苦钻研、勇攀高峰。现在，钱学森这个名字，已经成为一种精神，引领着一代又一代的年轻人奋勇前行。另外，二十大报告中提出“必须坚持科技是第一生产力、人才是第一资源、创新是第一动力，深入实施科教兴国战略、人才强国战略、创新驱动发展战略。”当代青年身上承担着科教兴国、人才强国的历史责任，所以，当代大学生应义不容辞地应该努力学习科学文化知识，争当成为优秀的创新人才，成为国家富强、民族振兴的中坚力量，促进我国早日实现现代化。课程思政

3.1流体力学简介基础2.1

空气的物理性质2.膨胀性在压强保持恒定的情况下，流体随着温度升高，体积增加（体积膨胀）密度减少的特性称为流体的膨胀性。对于液体，当温度变化不大时，一般不考虑其膨胀性。对于气体，温度越高，膨胀性越好。3.1.1流体的性质2.1

空气的物理性质考证题章空气动力学2.1

空气的物理性质1.一定质量的气体具有下列特性（）。A.温度不变时，压力与体积成正比B.体积不变时，压力和温度成正比C.压力不变时，体积和温度成反比

2.对于空气密度如下说法正确的是（）。A.空气密度正比于压力和绝对温度B.空气密度正比于压力，反比于绝对温度C.空气密度反比于压力，正比于绝对温度考证题章空气动力学2.1

空气的物理性质3.一定体积的容器中,空气压力（）。A.与空气密度和空气温度乘积成正比

B.与空气密度和空气温度乘积成反比C.与空气密度和空气绝对温度乘积成正比第2章空气动力学基础2.1

空气的物理性质3.黏性流体的黏性和温度有关。随着流体温度的升高，液体的黏性减小，而气体的黏性将增加。3.1.1流体的性质第2章空气动力学基础2.1

空气的物理性质3.黏性无粘流动沿物面法线方向速度一致粘性流动沿物面法线方向速度不一致“附面层”附面层的形成是受到粘性的影响。3.1.1流体的性质第2章空气动力学基础2.1

空气的物理性质3.黏性当空气内部各个层间存在相对运动，相邻的两个运动速度不同的层间相互牵扯的特性，称为空气的黏性。没有粘性的气体称为理想气体。转捩点层流附面层紊流附面层3.1.1流体的性质考证题章空气动力学2.1

空气的物理性质1.流体的粘性与温度之间的关系是（）。A.液体的粘性随温度的升高而增大B.气体的粘性随温度的升高而增大C.液体的粘性与温度无关2.空气动力学概念中，空气的物理性质主要包括（）。A.空气的粘性B.空气的压缩性C.空气的粘性和压缩性3.下列不是影响空气粘性的因素是（）。A.空气的流动位置B.气流的流速C.空气的粘性系数第2章空气动力学基础2.1

空气的物理性质4.流动状态—雷诺数（Reynoldsnumber）Re3.1.1流体的性质第2章空气动力学基础2.1

空气的物理性质4.流动状态—雷诺数（Reynoldsnumber）Re一种可用来表征流体流动情况的无量纲数。雷诺数较小时，粘滞力对流场的影响大于惯性，流场中流速的扰动会因粘滞力而衰减，流体流动稳定，为层流；反之，若雷诺数较大时，惯性对流场的影响大于粘滞力，流体流动较不稳定，流速的微小变化容易发展、增强，形成紊乱、不规则的紊流流场。3.1.1流体的性质2.2

空气流场的基本知识1.基本概念3.1.2流体流动的基本规律（1）流场

是指运动流体所占据的空间。

（2）一维定常流动

是指整个地作线形流动（流体的物理量仅是某个坐标的函数）的流体，其流动参数（如流速、压强、密度、温度等）都不随时间的变化而发生变化的流动。2.2

空气流场的基本知识1.基本概念3.1.2流体流动的基本规律（3）流线

在定常流动中，流体流动的路线称为流线。流线特点主要有该曲线上每一点的流体速度与该曲线在该点的切线相重合、流线每点上的流体流动方向只有一个及流线不可能相交和分叉，除非该点流速为零（图3-4（a）A点）或流线相切（图3-4（a）B点）再或者流速无限大（见图3-4（b）O点）。2.2

空气流场的基本知识1.基本概念3.1.2流体流动的基本规律（3）流线

ABO流线的特点该曲线上每一点的流体微团速度与曲线在该点的切线重合。流线每点上的流体微团只有一个运动方向。流线不可能相交，不可能分叉。2.2

空气流场的基本知识（4）流线谱：是所有流线的集合。流线谱的特点流线谱的形状与流动速度无关。物体形状不同，空气流过物体的流线谱不同。

1.基本概念2.2

空气流场的基本知识流线谱的特点物体与相对气流的相对位置（迎角）不同，空气流过物体的流线谱不同。气流流过物体时，在物体的后部都要形成涡流区。

1.基本概念

2.2

空气流场的基本知识（5）流管：由许多流线所围成的管状曲面。在剖面图中，流管管壁的为两条相邻的流线气流受阻，流管扩张变粗，气流流过物体外凸处或受挤压，流管收缩变细。1.基本概念AB（6）流量

——单位时间内流经设备或管道任一截面的流体数量

。

流量有2种表示方法:

体积流量

符号:

qV,

单位:m3/s或m3/h

质量流量

符号:

qm,

单位:kg/s或kg/h

当气体流量以体积流量表示时，应注明温度和压力。

2025/7/11.基本概念第2章空气动力学基础2025/7/1（7）流速

——流体质点在单位时间内在流动方向上所流经的距离。

流速①管道截面

与流体流动方向垂直的管道截平面。

②平均流速v

平均流速——流体的体积流量qV除以管道截面积A，以符号v表示

，单位为m/s。

工程上为计算方便而引入1.基本概念

A为管道截面面积1.基本概念③质量流速

——单位时间内流经管道单位面积的流体质量，称为质量流速，以符号vm表示，单位为kg/（m2

s）。

对气体，采用质量流速计算较为方便

1.基本概念2.连续性方程质量守恒定律是自然界基本的定律之一，它说明物质既不会消失，也不会凭空增加。质量守恒定律应用在流体的流动上：当流体在低速、稳定、连续不断地流动时，流管里的任一部分，流体都不能中断或积聚，在同一时间内流进任何一个截面的流体质量和从另一个截面流出的流体质量应当相等。

流体流过流管时，在同一时间流过流管任意截面的流体质量相等。2.连续性方程第2章空气动力学基础2.2

空气流场的基本知识2025/7/1据质量守恒定律,有:流体在管道中作稳定流动的连续性方程管道任意截面1—1、2—2流进、流出的流体质量流量：2.连续性方程第2章空气动力学基础2.2

空气流场的基本知识2025/7/1上式是一维定常流动的连续性方程，其物理意义是在稳定流动系统中，流体流经流管各截面的质量流量恒为常数，但各截面的流体流速则随管道截面积A的不同和流体密度

的不同而变化。2.连续性方程

vA=常数第2章空气动力学基础2.2

空气流场的基本知识

对于不可压缩流体，

1

2，

说明:不可压缩流体流经管路各截面的质量流量相等，体积流量亦相等，任意两截面上的平均流速与其截面积成反比，截面积越小，流速越大，反之，截面积越大，流速越小。

2.连续性方程第2章空气动力学基础2.2

空气流场的基本知识山谷口的风通常比平原大河水在河道窄的地方流得快，河道宽的地方流得慢高楼大厦之间的对流通常比空旷地带大2.连续性方程第2章空气动力学基础2.2

空气流场的基本知识流体流动速度的快慢，还可用流管中流线的疏密程度来表示，在截面面积大的地方流速低，在截面面积小的地方流速高。

连续性定理只适用于低速（流速低于0.3c，c为声速）的范围，即可认为流体密度不变，该定理不适于亚声速，更不适合于超声速的情况。2.连续性方程AB1.空气流过一粗细不等的管子时，在管道变粗处，气流速度将（）。A.增大B.减小C.不变2.流体的连续性方程（）。A.只适用于理想流动B.适用于可压缩和不可压缩流体的稳定管流C.只适用于不可压缩流体的稳定管流考证题第2章空气动力学基础2.2

空气流场的基本知识3.气体的连续性定理是哪个定律在空气流动过程中的应用（）。A.能量守衡定律B.牛顿第一定律C.质量守衡定律4.流体在管道中稳定低速流动时，如果管道由粗变细，则流体的流速（）。A.增大B.减小C.保持不变。考证题第2章空气动力学基础2.2

空气流场的基本知识能量守恒定律说明能量不会自行消失，也不会凭空产生，而只能从一形式转化为另一种形式。空气能量主要有四种：动能、压力能、热能、重力势能。低速流动，热能可忽略不计。依据能量守恒定律，即为：动能+势能+压力能=常数。3.伯努利方程因为m=

Av△t第2章空气动力学基础2.2

空气流场的基本知识3.伯努利方程对于单位体积（Av△t）的流体，伯努利原理表述式为若流管高度变化与流体流动参数相比较可忽略不

上式中第一项称为静压，第二项称为动压，第三项称为总压。第2章空气动力学基础2.2

空气流场的基本知识3.伯努利方程

解释下面现象由连续性定理和伯努利方程联合分析可知，不可压缩的理想流体在变截面管道中流动时，且不予外界发生能量交换，则：流体流过的截面积小的地方，流速就大，动压大，静压小；流体流过的截面积大的地方，流速就小，动压小，静压就大。第2章空气动力学基础2.2

空气流场的基本知识3.伯努利方程流体没有流动，不同截面处(A、B、C截面)的流体流速均为零，三根玻璃管中的液面高度同容器中的液面高度一样，这表明，此时不同截面处的流体的压强都是相等的。流体在流动过程中，不同截面处的流体压强也不相同。从实验可以看出，在A-A截面，管道的截面积较大，流体流动速度较慢，玻璃管中的液面较高，压强较大，在C-C截面，管道的截面积较小，流体流动速度较快，玻璃管中的液面较低，压强较小。第2章空气动力学基础2.2

空气流场的基本知识3.伯努利方程伯努利定理适用条件气流是连续、稳定的，即流动是定常的。流动的空气与外界没有能量交换，即空气是绝热的。空气没有粘性，即空气为理想流体。空气密度是不变，即空气为不可压流。在同一条流线或同一条流管上。1.当空气在管道中低速流动时．由伯努利定理可知（）。A.流速大的地方，静压大B.流速大的地方，静压小C.流速大的地方，总压大

2.计算动压时需要哪些数据（）。A.大气压力和速度B.空气密度和阻力C.空气密度和速度考证题3.伯努利方程的使用条件是（）。A.只要是理想的不可压缩流体B.只要是理想的与外界无能量交换的流体C.必须是理想的、不可压缩、且与外界无能量变换的流体考证题4.下列叙述与伯努利定理无关的是（）。A.流体流速大的地方压力小，流速小的地方压力大B.气流沿流管稳定流动过程中，气流的动压和静压之和等于常数C.气流低速流动时，流速与流管横截面积成正比考证题第2章空气动力学基础2.2

空气流场的基本知识5.当空气在管道中流动时，由伯努利定理可知（）。A.凡是流速大的地方，压强就大B.凡是流速小的地方，压强就小C.凡是流速大的地方，压强就小

6.对低速气流，由伯努利方程可以得出（）。A.流管内气流速度增加，空气静压也增加B.流管截面积减小，空气静压增加C.流管内气流速度增加,空气静压减小

考证题第2章空气动力学基础2.2

空气流场的基本知识7.亚音速气流流过收缩管道，其气流参数如何变化（）。A.流速增加，压强增大B.速度降低，压强下降C.流速增加，压强下降8.关于动压和静压的方向，以下哪一个是正确的（）。A.动压和静压的方向都是与运动的方向一致B.动压和静压都作用在任意方向C.动压作用在流体的流动方向，静压作用在任意方向考证题第2章空气动力学基础2.2

空气流场的基本知识9.一个平滑流动或流线型流动里面的空气微团，接近一个低压区时（）。A.会加速B.会减速C.速度不变

10.通过一个收缩管道的流体，在管道的收缩区，速度的增加必然造成收缩区压力（）。A.增加B.减少C.不变考证题第2章空气动力学基础2.2

空气流场的基本知识1.一个稳定流动流管中流体密度为1kg/m3，1-1截面直径是100mm，流速是10m/s，压力是1MPa，2-2截面直径是10mm。求2-2截面处流速及压力大小。例题第2章空气动力学基础2.2

空气流场的基本知识1.一个稳定流动流管中流体密度为1kg/m3，1-1截面直径是50mm，流速是10m/s，压力是0.1MPa，2-2截面直径是5mm。求2-2截面处流速及压力大小。作业题目录3.1流体力学简介3.2空气动力

空气动力是空气相对物体有运动时产生的，而空气相对物体的流动称为相对气流。因此，不管是空气静止、物体运动还是空气流动、物体静止，只要物体和空气间有相对运动，就会产生相对气流，同样都会产生空气动力。3.2.空气动力运动方向相对气流方向自然风方向3.2.1运动相对性3.2.1运动相对性v0v1vv0v1vv0vv=v0+v1v=v0-v1v=v03.2.1运动相对性空气动力学研究对象就是相对气流，只要无人机与空气之间有相对运动，就会产生相对气流，同样就会产生空气动力，且只要相对速度（所谓空速）相同，所产生空气动力就相同，这就是运动相对性原理。另外，相对速度方向与无人机飞行方向永远相反。第2章空气动力学基础对相对气流的现实应用2.2

空气流场的基本知识直流式风洞回流式风洞3.2.1运动相对性2.2

空气流场的基本知识3.2.1运动相对性风洞实验段及实验模型第2章空气动力学基础风洞的其它功用2.2

空气流场的基本知识3.2.1运动相对性利用风洞可以得到飞机气动参数，其基本依据是（）。A.连续性假设

B.相对性原理

C.牛顿定理考证题3.2.2升力起点终点

相同的时间，相同的起点和终点，小狗的速度和人的速度哪一个更快？前方来流被机翼分为了两部分，一部分从上表面流过，一部分从下表面流过。由连续性定理或小狗与人速度对比分析可知，流过机翼上表面的气流，比流过下表面的气流的速度更快。

上下表面出现的压力差，在垂直于（远前方）相对气流方向的分量，就是升力。1.升力的产生原理2翼型的压力分布当机翼表面压强低于大气压，称为吸力。当机翼表面压强高于大气压，称为压力。用矢量来+或-表示压力或吸力，矢量线段长度为力的大小，方向为力的方向。（1）矢量表示法

B点，称为最低压力点，是机翼上表面负压最大的点。

A点，称为驻点，是正压最大的点，位于机翼前缘附近，该处气流流速为零。（2）坐标表示法从右图可以看出，机翼升力的产生主要是靠机翼上表面吸力的作用，尤其是上表面的前段，而不是主要靠下表面正压的作用。翼型上的升力60%~80%是靠上表面吸力产生，只有20%~40%是由下表面压力产生的。另外，对于下表面受到力也是吸力情况，翼型的升力全部由上表面吸力产生。2翼型的压力分布吸力画在横坐标上方压力画在横坐标下方1.根据机翼的设计特点，其产生的升力来自于（）。A.机翼上下表面的正压强B.机翼下表面的负压和上表面的正压C.机翼下表面的正压和上表面的负压考证题—飞机的升力系数—飞机的飞行动压—机翼的投影面积。3.升力公式1.在稳定的直线飞行中，下面关于飞机升力的说法，正确的是()。A.空速小时必须减小迎角，以产生足够的升力来保持高度B.空速大时必须减小迎角，以产生足够的升力来保持高度C.空速大时必须增大迎角，以产生足够的升力来保持高度2.影响升力的因素（）。A.飞行器的尺寸或面积、飞行速度、空气密度B.CLC.都是考证题3.空速减小时，为保持高度，应实施的操纵是（）。A.增大迎角，使升力的增加大于阻力的增加B.增大迎角，以保持升力不变C.减小迎角，以保持阻力不变4.CL=1.3和CL=1.0（）。A.前者产生更大升力B.后者产生更大升力C.产生升力相等考证题5.飞机升力的大小与空气密度的关系是（）。A.空气密度成正比B.空气密度无关C.空气密度成反比6.飞机升力的大小与空速的关系是（）。A.与空速成正比B.与空速无关C.与空速的平方成正比考证题4.升力系数CLmaxCL

0O

cr

（1）临界迎角αcr（也称为失速迎角）升力一定时，升力系数CL越大，固定翼无人机离地速度或着陆接地速度就越小，滑跑距离就越短、所需要跑道也就越短，所以，最大升力系数CLmax越大无人机起降性能越好。直线飞行时，一个迎角对应一个速度；大迎角对应小速度。4.升力系数4.升力系数CLmaxCL

0O

cr

（2）零升迎角α0

是指升力系数为零时随对应的迎角，无人机以此迎角进行飞行时，升力始终为零。（3）弯度弯度越大，升力系数越大，升力越大。例如平凸型弯度大于双凸型，所以平凸型升力大于双凸型。4.升力系数1.飞机失速的原因是（）。A.飞机速度太小B.飞机速度太大C.飞机迎角超过临界迎角2.飞机接近失速，会（）。A.出现操纵迟钝和操纵效率降低的现象B.出现机头上仰的现象C.出现机翼自转现象

3.如飞机出现失速，飞行员应（）。A.立即蹬舵B.立即推杆到底C.立即拉杆4.飞机发生螺旋现象的原因是（）。A.飞行员方向舵操纵不当B.飞行员压盘过多C.飞机失速后机翼自转考证题5.操纵无人机时，若迎角超过临界迎角，升力系数会（）。A.迅速增大B.迅速减小C.缓慢增大6.当无人机的迎角为临界迎角时（）。A.飞行速度最大B.升力系数最大C.阻力最小考证题7.飞机飞行中，机翼升力等于零时的迎角称为（）。A.零升迎角B.失速迎角C.零迎角8.“失速迎角”就是“临界迎角”，指的是（）。A.飞机飞的最高时的迎角B.飞机飞的最快时的迎角C.飞机升力系数最大时的迎角考证题

9.机翼升力系数与哪些因素有关（）。A.仅与翼剖面形状有关B.与翼剖面形状和攻角有关C.仅与攻角有关10.为了飞行安全，飞机飞行时的升力系数和迎角一般为（）。A.最大升力系数和临界迎角最大B.最大升力系数和小于临界迎角的迎角限定值C.小于最大升力系数和临界迎角的两个限定值考证题11.对一般翼型来说，下列说法中．哪个是正确的（）。A.当迎角为零时，升力不为零B.当翼剖面有一个正迎角时,上翼面处的流线比下翼面处的流线疏。C.当翼剖面有一个正迎角时，上翼面处的流速小于下翼面处的流速。

12.不属于影响机翼升力系数的因素是（）。A.翼剖面形状B.迎角C.空气密度考证题目录3.1流体力学简介3.2空气动力

1.定义：

阻力是与无人机运动轨迹平行，与飞行速度方向相反的力。阻力阻碍飞机的飞行，但没有阻力无人机又无法稳定飞行。升力重力拉力阻力LiftPullWeightDrag3.2.3阻力2.分类

对于低速无人机，根据阻力的形成原因，可将阻力分为：摩擦阻力压差阻力干扰阻力诱导阻力废阻力升力粘性（1）摩擦阻力

由于紧贴无人机表面的空气受到阻碍作用而流速降低到零，根据作用力与反作用力定律，无人机必然受到空气的反作用。这个反作用力与飞行方向相反，称为摩擦阻力。影响摩擦阻力的因素

空气的粘性

飞机表面的形状（主要是光滑程度）

同气流接触的飞机表面积的大小（浸润面积）

附面层中气流的流动情况摩擦阻力在飞机总阻力构成中占的比例较大摩擦阻力占总阻力的比例超音速战斗机25-30%大型运输机40%小型公务机50%水下物体70%船舶90%考证题章空气动力学2.1

空气的物理性质15.飞机上产生的摩擦阻力与大气的()物理性质有关。A.可压缩性B.粘性C.温度D.膨胀性16.没有保护好飞机表面的光洁度，将增加飞机的()阻力。A.压差B.摩擦C.干扰D.诱导(2)压差阻力

压差阻力是气流流过机翼后，在机翼的后缘部分产生附面层分离形成涡流区，压强降低；而在机翼前缘部分，气流受阻压强增大，这样机翼前后缘就产生了压力差，从而使机翼产生压差阻力。压差阻力与迎风面积、形状和迎角有关。迎风面积大，压差阻力大。迎角越大，压差阻力也越大。考证题章空气动力学2.1

空气的物理性质17.减小飞机外型的迎风面积，目的是为了减小飞机的()。A.摩擦阻力

B.压差阻力

C.诱导阻力