北京航空航天大学飞行器空气动力学经典课件-绪论

飞行器空气动力学课件 北京航空航天大学 航空科学与工程学院 流体力学研究所 2005年 2月 飞行器空气动力学目录 Aerodynamics for Aircraft 第零章 绪 论 第一章 低速翼型的气动特性 第二章 机翼低速气动特性 第三章 亚声速翼型和机翼的气动特性 第四章 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。 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。 内容简介 基本要求 1、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 3、按时独立完成作业 4、必须按时参加实验课、完成实验报告 第 0章 绪 论 0.1 先驱飞行器的贡献 0.2 战斗机和攻击机的发展 0.3 轰炸机的发展 0.4 运输机的发展 0.5 直升机的发展 0.6 特种飞行器的发展 0.7 空气动力学的分类与研究方法 0.1 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 鸟类飞行机理的复杂性，至今未能对 扑翼机 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 ，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 固定翼 飞机。 1903年 12月 17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。 飞行者 1号 的起飞重量 仅仅 360kg，勉强能栽一个人飞离地面，速度比汽车还 慢，只有 48km/h，最成功一次飞行只有 59秒，距离 260m 。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。 莱特兄弟的飞行者 1号 Wilbur Wright （ 18671912） Oville Wright （ 18711948） 0.1 先驱飞行器的贡献 1909年 7月 25日，法国航空先驱路易斯布莱奥驾驶他设 计的 XI型飞机，以 37分钟的时间第一次成功地 飞越英 吉利海峡 。 1927年 5月，林白完成 跨越大西洋 飞行。被列为世界三 大飞行壮举。 XI型飞机 1923年 1月 9日，西班牙工程师 J.切尔瓦研制的 C-4型 旋 翼机 在马德里近郊试飞成功。 1936年 6月，德国由福克主持研制的 Fw.61试飞成功， 开辟了直升机造福人类的道路。 0.1 先驱飞行器的贡献 C-4型旋翼机 活塞发动机独占航空的时期 第一次世界大战后 ， 活塞发动机成为飞机的动 力设备 ， 但由于当时发动机的马力小 ， 飞机的飞行 速度小 ， 因此当时要解决的主要问题仍然是飞机的 升力 。 多数采用 双翼机或三翼机 。 要提高飞机的速度 ， 需提高动力 （ 发动机 ） 、 减少阻力 （ 飞机气动布局 ） ， 解决拉力和阻力的矛 盾 ， 除增大发动机的马力外 ， 还需改善飞机的气动 布局以减少阻力 。 由于双翼机阻力大 （ 立柱 ） ， 对 提高速度不利 。 于是从上世纪二十年代后期 ， 双翼 机逐渐被单翼机取代 。 活塞发动机：双翼机最大飞行速度接近 300km/h ；单翼机飞行速度范围 300 750km/h（ 最大记录 755.1km/h） 。 0.1 先驱飞行器的贡献 喷气发动机开辟了航空航天的新纪元 当飞机的速度接近声速时 ， 出现了阻力剧增的现 象 ， 称为 “ 声障 ” 。 由于活塞发动机和螺旋桨推进难以提供足够的推 力来克服 “ 声障 ” ， 为此提出涡轮喷气发动机 。 1939年 8月 ， 德国研制出第一架喷气发动机飞机 （ He 178） ， 标志着喷气时代的到来 。 随后美 、 英 、 苏先后发展了装有喷气发动机的 战斗机和轰炸机 。 0.1 先驱飞行器的贡献 1947年 10月，美国 X-1突破声障 ，打开 超声速飞 行 的大门。 1959年美国试飞的 X-15， 突破热障 ，让人类有了 高超声速 飞行的自由。 喷气发动机 ：单翼 机飞行 速度范围 900 3600km/h。 0.1 先驱飞行器的贡献 气球 轻于空气的航空器 飞艇 航空器 各种飞机 固定翼航空器 滑翔机 重于空气的航空器 旋翼航空器 直升机 旋翼机 扑翼机 人造地球卫星 （ 运载火箭发射 ） 无人航天器 空间探测器 航天器 载人飞船 载人航天器 航天站 航天飞机 0.1 先驱飞行器的贡献 战斗机和攻击机是最重要的军用飞机之一 。 其主要 任务是歼灭空中和地面的敌机 ， 夺取制空权 ， 也称为歼 击机 。 其特点是 ， 飞行速度快 ， 机动性好 。 如果主要用于对地攻击任务的战斗机 ， 也称为攻击 机 （ 强击机 ） 或战斗轰炸机 。 0.2 战斗机和攻击机的发展 战斗机起始于第一次世界大战期间 ， 从最初在简陋飞 机上的目视射击 ， 到 1918年第一次世界大战结束时 ， 已按 用途不同分成不同类机型 。 第一次世界大战发生于 1914年 7月到 1918年 11月 ， 历 时 4年 3个月 。 主要英 、 法 、 俄协约国与德 、 意大利 、 奥匈 帝国同盟国之间的战争 ， 主要战场在欧洲 ， 涉及 33个国家 ， 四分之三的人口 （ 15亿 ） 卷入这场战争 ， 最终以同盟国 失败告终 。 0.2 战斗机和攻击机的发展 第一次世界大战名机 福克 E战斗机 -德国 0.2 战斗机和攻击机的发展 0.2 战斗机和攻击机的发展 斯帕德 S.XIII战斗机 法国 骆驼 F.1战斗机 英国 （击落敌机 1294架） 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 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 第二次世界大战是以德国 、 意大利 、 日本为轴心的法西 斯侵略集团与美 、 苏 、 中等反法西斯同盟国之间的一场全球 性的战争 。 战争从 1939年 9月 1日德国侵略波兰开始 ， 到 1945 年 9月 2日日本签署投降书为止 ， 前后经历六年 ， 战争涉及 60 多个国家 ， 五分之四的人口卷入这场战争 。 0.2 战斗机和攻击机的发展 0.2 战斗机和攻击机的发展 第二次世界大战名机 喷火战斗机 英国 0.2 战斗机和攻击机的发展 拉 5/拉 7 苏联 P-51野马战斗机 美国 0.2 战斗机和攻击机的发展 零式战斗机 日本 Me.109 德国