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.doc

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．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
1．Bernoulli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
6．Kutta-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
3．Prandtl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、Prandtl-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
教学实验：
雷诺实验、文德利管实验、沿程压力损失实验 2学时
　翼型测压实验 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 2学时
机翼测力实验 2学时
激波和膨胀波观测实验 2学时

五、   使用教材

John D. Anderson, 《Fundamentals of Aerodynamics》