第一章空氣動(dòng)力學(xué)概述第二章流體力學(xué)基礎(chǔ)第三章氣動(dòng)系數(shù)與翼型理論第四章激波與跨音速流動(dòng)第五章高速空氣動(dòng)力學(xué)第六章空氣動(dòng)力學(xué)前沿技術(shù)01第一章空氣動(dòng)力學(xué)概述第1頁引言：空氣動(dòng)力學(xué)的現(xiàn)實(shí)意義航空業(yè)的現(xiàn)實(shí)需求全球航空運(yùn)輸量與節(jié)能減排需求波音787的燃油效率提升空氣動(dòng)力學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)際案例F-22猛禽戰(zhàn)斗機(jī)的紅外熱成像機(jī)翼前緣激波分布的直觀展示超音速飛機(jī)的氣動(dòng)特性音障附近的數(shù)學(xué)模型與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證第2頁分析：空氣動(dòng)力學(xué)的基本原理牛頓第二定律在流體力學(xué)中的應(yīng)用伯努利方程的推導(dǎo)與適用條件風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中的吹風(fēng)式風(fēng)洞核心部件與風(fēng)速調(diào)節(jié)范圍雷諾數(shù)對(duì)層流阻力系數(shù)的影響不同雷諾數(shù)下的阻力系數(shù)變化亞音速與超音速流動(dòng)的關(guān)鍵區(qū)別激波的產(chǎn)生與傳播特性對(duì)比第3頁論證：實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與理論模型的關(guān)聯(lián)CFD模擬與風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的對(duì)比升力系數(shù)的模擬值與實(shí)驗(yàn)值對(duì)比NASAAEROSPACEMEMORANDA2-4572報(bào)告F-104星艦的失速特性數(shù)據(jù)F-18Hornet的加力燃燒室設(shè)計(jì)斜切角對(duì)燃燒效率的影響F-16XL翼身融合體的顫振計(jì)算機(jī)翼后掠角對(duì)顫振速度的影響第4頁總結(jié)：空氣動(dòng)力學(xué)的研究框架研究路徑圖理論建?！鷶?shù)值模擬→風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)→飛行測試空氣動(dòng)力學(xué)主要分支層流控制與湍流模型的應(yīng)用量子力學(xué)與空氣動(dòng)力學(xué)的結(jié)合玻爾茲曼方程在稀薄氣體中的應(yīng)用未來研究方向超連續(xù)體理論與復(fù)合材料機(jī)翼02第二章流體力學(xué)基礎(chǔ)第5頁引言：流體的宏觀特性國際民航組織ICAO標(biāo)準(zhǔn)大氣模型溫度與氣壓隨海拔的變化規(guī)律飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響高海拔時(shí)推力下降的原因水力學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)中的雷諾水槽層流到湍流的過渡過程演示火星探測器降落傘的充氣過程粒子圖像測速技術(shù)（PIV）的應(yīng)用第6頁分析：流場控制方程納維-斯托克斯方程的推導(dǎo)三維不定常粘性流體的控制方程組粘性系數(shù)ν的影響不同溫度下粘性系數(shù)的變化不可壓縮流與可壓縮流的對(duì)比不同馬赫數(shù)下的控制方程簡化潛艇航速與F-104星艦的對(duì)比不同飛行速度下的雷諾數(shù)對(duì)比第7頁論證：邊界層理論的應(yīng)用普朗特邊界層方程的推導(dǎo)層流邊界層在平板上的增長公式超音速飛機(jī)的激波/邊界層干擾干擾阻力系數(shù)的計(jì)算翼尖小翼的CFD驗(yàn)證減阻效果與優(yōu)化設(shè)計(jì)復(fù)合材料機(jī)翼的振動(dòng)分析熱防護(hù)系統(tǒng)對(duì)振動(dòng)的影響第8頁總結(jié)：流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)方法測量技術(shù)分類熱絲/熱膜與激光多普勒測速經(jīng)典實(shí)驗(yàn)案例卡門渦街實(shí)驗(yàn)與馮·卡門塔架實(shí)驗(yàn)粒子圖像測速技術(shù)（PIV）實(shí)時(shí)測量流場速度分布人工智能在流體力學(xué)中的應(yīng)用數(shù)字孿生與多物理場耦合03第三章氣動(dòng)系數(shù)與翼型理論第9頁引言：氣動(dòng)系數(shù)的工程意義波音787復(fù)合材料機(jī)翼的升力系數(shù)不同攻角下的升力系數(shù)變化F-104星艦的失速特性迎角偏離臨界值時(shí)的失速告警F-35閃電II型的垂直起降模式氣動(dòng)效率的對(duì)比分析火星探測器的大氣特性稀薄大氣中的飛行挑戰(zhàn)第10頁分析：翼型升力特性薄翼升力理論公式斜率參數(shù)ε的影響NACA翼型的升力線斜率不同翼型的升力線斜率對(duì)比壓力分布圖低壓區(qū)與高壓區(qū)的分布超臨界翼型的應(yīng)用升阻比提升的原因第11頁論證：翼型阻力分析摩擦阻力、壓差阻力與干擾阻力不同阻力分量的構(gòu)成比例雷諾數(shù)對(duì)層流阻力系數(shù)的影響不同雷諾數(shù)下的阻力系數(shù)變化B-2轟炸機(jī)的隱身設(shè)計(jì)斜激波與正激波的對(duì)比機(jī)翼后體激波/邊界層干擾激波阻力系數(shù)的計(jì)算第12頁總結(jié)：翼型選型標(biāo)準(zhǔn)翼型性能評(píng)估矩陣升力系數(shù)范圍與失速迎角典型翼型分類高速翼型、通用翼型與垂直起降翼型生物力學(xué)中的趨同進(jìn)化理論人工翼型設(shè)計(jì)的新思路高超聲速飛行器的氣動(dòng)需求稀薄大氣中的飛行挑戰(zhàn)04第四章激波與跨音速流動(dòng)第13頁引言：激波現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)L馮·卡門對(duì)激波的研究激波角與馬赫數(shù)的關(guān)系全球航空業(yè)運(yùn)輸量數(shù)據(jù)2023年全球航空業(yè)運(yùn)輸量達(dá)46億人次超音速飛機(jī)的飛行挑戰(zhàn)音障附近的氣動(dòng)特性協(xié)和式超音速客機(jī)的冷卻設(shè)計(jì)高馬赫數(shù)下的熱力參數(shù)第14頁分析：激波結(jié)構(gòu)理論激波關(guān)系式推導(dǎo)總壓損失系數(shù)的計(jì)算激波管實(shí)驗(yàn)裝置核心部件與實(shí)驗(yàn)參數(shù)不同驅(qū)動(dòng)氣體的實(shí)驗(yàn)對(duì)比氦氣、氮?dú)馀c空氣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果斜激波與正激波的對(duì)比壓強(qiáng)增量的計(jì)算第15頁論證：跨音速氣動(dòng)設(shè)計(jì)F-18Hornet的加力燃燒室設(shè)計(jì)激波發(fā)生器的作用F-16XL翼身融合體的顫振計(jì)算機(jī)翼后掠角的影響B(tài)-2轟炸機(jī)的隱身設(shè)計(jì)斜激波與正激波的對(duì)比高超聲速飛行器的氣動(dòng)熱熱流分布的計(jì)算第16頁總結(jié)：跨音速飛行控制技術(shù)氣動(dòng)彈性分析顫振邊界與氣動(dòng)載荷的耦合關(guān)系主動(dòng)控制技術(shù)主動(dòng)顫振抑制（AFI）系統(tǒng)的作用高超聲速飛行器的氣動(dòng)需求稀薄大氣中的飛行挑戰(zhàn)人工智能在飛行控制中的應(yīng)用AI輔助軌跡規(guī)劃的研究05第五章高速空氣動(dòng)力學(xué)第17頁引言：超音速飛行的挑戰(zhàn)超音速飛機(jī)的熱力參數(shù)F-15戰(zhàn)斗機(jī)在M=2.0時(shí)的機(jī)翼前緣溫度材料耐熱性要求碳纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料C-C的應(yīng)用高超聲速飛行器的空氣動(dòng)力學(xué)布局前翼、主翼與后翼的面積比設(shè)計(jì)火星探測器的飛行挑戰(zhàn)稀薄大氣中的飛行特性第18頁分析：激波錐理論激波錐膨脹關(guān)系式馬赫數(shù)與膨脹角的關(guān)系SR-71黑鳥戰(zhàn)斗機(jī)的設(shè)計(jì)激波角與熱力參數(shù)高超聲速飛行器的熱防護(hù)系統(tǒng)陶瓷瓦材料參數(shù)與熱導(dǎo)率空間飛行器氣動(dòng)設(shè)計(jì)月球著陸器的氣動(dòng)特性第19頁論證：高超聲速氣動(dòng)熱高超聲速飛行器的熱流計(jì)算M=15時(shí)的熱流分布NASALangley的激波風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)圓錐體在M=8時(shí)的熱流分布航天飛機(jī)再入飛行數(shù)據(jù)熱防護(hù)系統(tǒng)（TPS）的修復(fù)率高超聲速飛行器的熱流控制熱流累積與溫度變化的關(guān)系第20頁總結(jié)：高超聲速飛行控制氣動(dòng)彈性分析顫振邊界與氣動(dòng)載荷的耦合關(guān)系主動(dòng)控制技術(shù)主動(dòng)顫振抑制（AFI）系統(tǒng)的作用高超聲速飛行器的氣動(dòng)需求稀薄大氣中的飛行挑戰(zhàn)人工智能在飛行控制中的應(yīng)用AI輔助軌跡規(guī)劃的研究06第六章空氣動(dòng)力學(xué)前沿技術(shù)第21頁引言：綠色航空的氣動(dòng)需求航空業(yè)的碳排放問題2020年全球航空業(yè)碳排放數(shù)據(jù)氣動(dòng)降噪技術(shù)機(jī)翼形狀優(yōu)化與聲壓級(jí)降低波音ecoDemonstrator8測試機(jī)翼主動(dòng)流動(dòng)控制（AFC）系統(tǒng)的應(yīng)用垂直起降飛行器的氣動(dòng)效率傳統(tǒng)飛機(jī)與VTOL飛行器的對(duì)比第22頁分析：主動(dòng)流動(dòng)控制技術(shù)等離子體射流的控制原理電場強(qiáng)度與壓強(qiáng)變化的關(guān)系合成射流的示意圖吹風(fēng)式風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)裝置不同驅(qū)動(dòng)氣體的實(shí)驗(yàn)對(duì)比氦氣、氮?dú)馀c空氣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果傳統(tǒng)擾流板與等離子體射流的對(duì)比控制效果與能量效率第23頁論證：氣動(dòng)彈性分析F-35閃電II型的氣動(dòng)彈性計(jì)算顫振邊界與氣動(dòng)載荷的耦合關(guān)系B-2轟炸機(jī)的隱身設(shè)計(jì)斜激波與正激波的對(duì)比高超聲速飛行器的氣動(dòng)熱熱