空气动力学基础教学大纲

1、空气动力学基础教学大纲一 、 课程的性质，目的和任务 本课程是航空航天类院校本科飞行器设计与工程专业教学计划中的一门技术基础课。为飞行器设计与工程专业学生的必修课。本课程的目的和任务是使学生掌握流体力学基本知识和空气动力学的基本概念、基本理论，以及解决空气动力学问题的基本方法和分析手段。本课程的内容可分为两大部分：低速空气动力学和可压缩空气动力学，包括了空气动力学的基本概念、低速流动和可压缩无粘流动的基本原理、绕翼型和机翼的不可压缩流动的薄翼理论和有限翼理论、激波理论、翼型亚音速和超音速线化理论及应用等。 二、本课程的主要内容 第一章 空气动力学：一些引述概念 1空气动力学的重要性：历史实例

2、2空气动力学：分类和实际应用目的 3一些基本空气动力学变量 4气动力和力矩、压力中心 5量纲分析：Buckingham Pi 定理、流动相似准则 7流体静力学 8流动的类型 9应用空气动力学：气动力系数的大小和变化趋势第二章 空气动力学：一些基本准则和公式1矢量分析和场论复习2流体模型：控制体和流体微团3连续方程、动量方程、能量方程，动量方程的应用4用实质导数表达的基本方程5流动的迹线和流线6旋转角速度、旋度、变形角速度，环量7流函数、势函数，流函数势函数的关系第三章 不可压无粘流基础1Bernoulli方程及其应用2不可压流中的速度边界条件3不可压无旋流的控制方程：Laplace方程4基本流

3、动：均直流、源汇、偶极子和点涡，流动叠加5绕圆柱有升力流动6Kutta-Joukovski定理7面元法基本概念第四章 绕翼型的不可压流1翼型的几何描述术语、翼型的气动力特性2低速绕翼型流动解的基本原则：涡面3库塔条件4经典薄翼理论：对称翼型和有弯度翼型5涡板块法第五章 绕有限翼展的不可压无粘流1下洗和诱导阻力2涡线及Biot-Savart定理、Helmholtz定理3Prandtl经典升力线理论第六章 三维不可压流1三维点源2三维偶极子3绕圆球不可压流动第七章 可压缩流基础1热力学简要回顾2压缩性的定义3无粘可压缩流动控制方程4驻点条件的定义5超音速流动：激波第八章 正激波及相关问题1 正激波

4、基础2 音速定义3 正激波特性计算4 可压缩流动的速度测量第九章 斜激波和膨胀波1 斜激波关系式2 绕楔和锥的超音速流动3 激波干扰和反射4 钝头体前的脱体激波5 Prandtl-Mayer 膨胀波6 波膨胀理论：在超音速翼型绕流中的应用第十章 通过喷管、扩压器和风洞的可压缩流动1 准一维流动的控制方程2 喷管流动3 扩压器流动4 超音速风洞第十一章 翼型亚音速绕流线化理论1 速度势方程2 线化速度势方程3 Prandtl-Glauert 压缩性修正4 改进的压缩性修正方法5 临界马赫数6 阻力发散马赫数：音障7 面积律8 超临界翼型第十二章 线化超音速理论1 线化超音速流的压强系数2 线化超

5、音速理论在超音速翼型绕流中的应用 三、课程的教学要求及辅助教学环节的说明 本课程包括低速空气动力学和可压缩空气动力学两部分。为了打好扎实的空气动力学理论基础，本课程侧重于流体力学的基本理论和空气动力学的基本原理。对涉及空气动力学最基本的薄翼理论和有限翼理论进行了较为详细的数学分析。学生通过各教学环节的学习，应达到以下要求：（1）了解空气动力学发展简史、学科分类、应用范围；空气动力学基本参数、气动力、力矩和气动中心；量纲分析、相似准则；流体静力学。（2）熟悉流体运动所遵循的基本物理准则、掌握对物理准则进行数学描述的方法。（3）掌握不可压对Bernoulli方程的推导及应用、理解不可压无粘流的叠加

6、性原理并能熟练应用、理解升力产生的机理。（4）熟悉薄翼理论中的几个重要的近似处理、后缘库塔条件、薄翼理论中的重要数学方法、了解面元法的基本概念。（5）理解掌握升力线理论、熟悉椭圆机翼的气动特性。（6）理解并掌握可压缩空气动力学的一些基本概念：绝热可逆、等熵、马赫波、激波、特征线、滞止值、音速、拉瓦尔喷管、小扰动、临界马赫数、阻力发散马赫数、超临界翼型。（7）掌握可压缩空气动力学的一些基本定律、方程际关系式：热力学第一定律、热力学第二定律，跨音速面积律、亚音速翼型相似律、亚音速机翼相似律、等熵可压缩流的Bernoulli方程、小扰动速势方程，用马赫数表示的等熵流动关系式，激波关系式、Prandt

7、l-Mayer 膨胀波关系式等。（8）掌握可压缩空气动力学的一些计算方法：滞止温度、密度、压强的计算、有关激波关系的计算、翼型和机翼空气动力系数的计算、运用超音速薄翼理论计算气动载荷等。 （9）本课程实施过程要求完成雷诺实验、文德利管实验、二维翼型测压实验和三维机翼测力实验、激波和膨胀波观测实验。 四、学时分配 课堂授课：第一章、空气动力学：一些引述概念 8学时第二章、空气动力学：一些基本准则和公式 12学时第三章、不可压无粘流基础 12学时第四章、绕翼型的不可压流 10学时第五章、绕有限翼展的不可压无粘流 12学时第六章、三维不可压流 4学时第七章、可压缩流基础 6学时第八章、正激波及相关问题 8学时第九章、斜激波和膨胀波 8 学时第十章、通过喷管、扩压器和风洞的可压缩流动 8 学时第十一章、翼型亚音速绕流线化理论 8 学时第十二章、线化超音速理论 8 学时 教学实