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飞行器上的空气动力学

摘要:空气动力学是在流体力学基础上发展起来的一门学科。它是研究气体的运动规律以及它们与物体相对运动时互相作用的科学,特别是研究飞行器(飞机、直升机和导弹等)在大气中飞行的原理。空气动力学作为一门独立的科学,

空气动力学是在流体力学基础上发展起来的一门学科。它是研究气体的运动规律以及它们与物体相对运动时互相作用的科学,特别是研究飞行器(飞机、直升机和导弹等)在大气中飞行的原理。空气动力学作为一门独立的科学,诞生于19C末。20C初科学家推演出二维机翼的升力公式,使空气动力学更具实践指导意义。

1901年美国莱特兄弟建造了一座小型风洞,用天平测出了升力、阻力和压力中心等数据,正是这座风洞帮助莱特兄弟实现了人类第一次动力飞行。后来,空气动力学又分为理论空气动力学、实验空气动力学和计算空气动力学等分支,飞行力学也分离出来,成为了一个独立学科。

在我们乘坐飞机旅行或观看飞行表演的时候,会发现喷气式旅客及大都有着一幅很大的机翼,有的翼展甚至长达70m;而战斗机则采用小展弦比后掠薄机翼,机身有的平直,有的呈蜂腰型;速度很小的通用飞机常采用平直机翼。空气动力学的一个重要任务就是确定航空器的外形和布局,以期达到满意的使用效果。

日常经验告诉我们,无论是物体在空气中运动,还是运动的空气冲击物体,都会产生一种很大的力,这个力的大小与相对运动速度有关,是大气和运动物体互相作用的结果。这就是所谓的空气动力。我们要涉及一架好的飞机,必须仔细研究飞机飞行时所受到的力,最主要的就是空气动力。

影响空气动力特性的因素有很多,比如,飞行器几何外形、飞行姿态(迎角、侧滑角等)、飞行速度、大气密度、空气黏性和压缩性等。空气动力特性随不同参数的变化规律,一般用空气动力系数来表征。空气动力特性是分析飞行器性能的最主要的依据。

空气动力学在航空工业领域里的作用和意义在于:确定飞行器的外形和布局;为飞行器性能计算和结构、控制系统设计提供依据;研究空气动力特性的变化规律和影响因素,以发挥飞行器的最佳性能。