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空气动力学与航空及航天的关系

已有 3417 次阅读 2015-11-7 10:43 |系统分类:观点评述

空气动力学与航空及航天的关系

   航空和航天为了速度、高度、安全、效率和寿命,都会涉及了复杂的空气动力学问题。

空气动力学研究内容是飞机、导弹等飞行器在各种飞行条件下流场中气体的速度、压力和密度等参量的变化规律,飞行器所受的举力和阻力等及其变化规律,气体介质或气体与飞行器之间所发生的物理化学变化以及传热传质规律等。

   空气动力学研究的过程一般是:通过实验和观察,对流动现象和机理进行分析,提出合理的力学模型,根据上述几个方面的物理定律提出描述流动的基本方程和定解条件(对于太复杂的数学方程,则须根据观察和实验所得到的特性作进一步的补充和简化,以便得到定性或定量的解析结果或数值计算结果);然后根据实验结果,再进一步检验理论分析或数值结果的正确性和适用范围,并提出进一步深入进行实验或理论研究的问题。如此不断反复、更广泛而深入地揭示空气动力学问题的本质。

   由于近代高速电子计算机的迅速发展,数值计算在研究复杂流动和受力计算方面起着重要作用,高速电子计算机在实验研究中的作用也日益增大。因此,理论研究、实验研究、数值计算三方面的紧密结合是近代空气动力学研究的主要特征。

   空气动力学重点研究飞行器的飞行原理,是航空航天技术最重要的理论基础之一。在任何一种飞行器的设计中,必须解决两方面的气动问题:一是在确定新飞行器所要求的性能后,寻找满足要求的外形和气动措施;一是在确定飞行器外形和其他条件后,预测飞行器的气动特性,为飞行器性能计算和结构、控制系统的设计提供依据。这些在飞行速度接近到超过声速(又称音速)时更为重要。

   现代航空航天飞行器的研制要求精确的气动计算和性能预测。长期以来,地面试验(风洞试验)方法是研究流动机理、分析流动现象、探讨并获得流动新概念、推动流体力学发展的主要研究手段,并为航空航天飞行器的设计提供气动力数据,也是获得和验证新气动现象的主要方法,在今后相当长时期内将是飞行器研制的重要手段。风动试验法的主要问题是实现一个完整的试验过程,需要解决一系列复杂的技术问题,所需周期长,费用也高,并且许多现象是地面模拟设备无法模拟的,因此目前大多采用数值模拟和地面试验相结合的办法。

   空气动力学涉及许多高深的物理和数学问题,而且在这个领域内,它和气象、水文、地质、海运、水利水电、农田水利、土木工程、环境保护、石油工业、机械制造、交通运输等不少专业有所关联,可以相互借鉴。





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