英国布里斯托大学空气动力学课程基本知识辅导

空气动力学是空气在物体周围移动的方式。空气动力学规则解释了飞机如何能够飞行。任何在空气中移动的东西都会对空气动力学产生反应。从发射台发射的火箭和天空中的风筝对空气动力学作出反应。空气动力学甚至作用于汽车，因为空气在汽车周围流动。在这篇文章里，我们总结了英国布里斯托大学空气动力学课程基本知识。

1.飞机的机翼

航空工程师需要知道如何塑造机翼以获得特定飞机任务的升力和阻力以及俯仰力矩的最佳组合。此外，他或她需要了解车辆的空气动力学如何与其设计和性能的其他方面相互作用。

有些飞机的机翼短而粗(翼展小)，而另一些飞机的机翼又长又窄。有些翅膀是扫过的，有些是直的。机翼的尖端可能有奇怪的形状，甚至可能有小翼等附件和延伸部分。所有这些形状都与飞机的用途和设计有关。

为了了解为什么机翼的形状像它们一样，我们需要首先查看用于定义机翼形状的术语。

平行于飞机机身或机体中心线切割的机翼二维切片称为机翼截面。从翼型截面前缘到其后缘的直线称为弦线。弦线的长度称为弦长。在机翼截面的上表面和下表面之间绘制的一条线称为弧线。弧线和弦线之间的最大距离称为机翼的弧度，通常以弦的百分比表示. 我们将看到机翼弯度的数量和最大弯度点的位置是定义机翼形状和预测其性能的重要数字。对于大多数翼型，最大弯度大约为百分之零到百分之五，并且最大弯度点的位置在距翼型前缘的弦的 25% 到 50% 之间。

当从飞机上方观察时，机翼形状或平面形状由其他术语定义。

请注意，平面面积不是机翼的实际表面积，而是“投影面积”或机翼阴影的面积。另请注意，使用的某些缩写并不直观;跨度，从翼尖到翼尖的距离(包括任何机身宽度)用 b 表示，平面区域用符号“S”而不是“A”表示。扫掠角通常用 lambda (λ) 符号表示。

另一个基于机翼平面形状的定义是纵横比 (AR)。

AR = b 2 /S。

纵横比也是跨度除以“平均”或平均弦。稍后我们会发现纵横比是衡量机翼在远程飞行中的效率的指标。

机翼平面形状可能因一种类型的飞机与另一种类型的飞机而有很大差异。战斗机往往具有低展弦比或短而短的机翼，而远程运输机则具有更高展弦比的机翼形状，而滑翔机则具有更大的翼展。一些机翼被扫过，而另一些则没有。一些机翼具有三角形或“三角形”平面形状。如果回顾过去 100 年的机翼设计，他或她会看到几乎无穷无尽的形状。一些形状来自空气动力学优化，而其他形状则是为了结构优势而设计的。有些是为了隐身而设计的，有些是为了特技飞行中的机动性，还有一些只是为了满足设计师对飞机外观漂亮的愿望。

2.飞机的空气动力

了解空气动力特性的第一步是了解作用于身体的力。飞行中的主要空气动力是：：

(1)升力

当流体和弹道相互作用，其中一个处于运动状态时，就会产生升力。产生了一个作用于飞机重量的力，使其稳定并保持在空中。

(2)阻力

阻力是对空气动力运动或推力的作用力。在一架移动的飞机上，空气由于阻力而抵制向前运动，从而降低速度。

(3)推力

推力是飞机对空气阻力的驱动力。虽然恒定的推力使飞机保持恒定的速度，但在起飞或降落时可能有必要增加或减少推力。飞机的喷气发动机和螺旋桨都能够产生推力。

(4)重量

重量可以表示为重力将飞机拉向地球的力量。这个力总是从飞机的质量中心向下的。升力，与质量相反，是使飞行成为可能所需要的。在飞行过程中，质量会不断变化，影响飞机的稳定性。因此，持续的控制始终是必要的。

(5)力矩

在一个流场中，空气动力产生的动量作用于压力中心。压力中心是总压力作用在流体中运动物体上的点。作用在身体上的力和力矩取决于各种因素，如流体的状态和特性、运动物体的形状和尺寸、速度和方向。

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