空气动力学原理在生活中的应用（空气动力学原理）

学科分类 通常所说的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。

从这个意义上讲，空气动力学可有两种分类法： ① 根据流体运动的速度范围或飞行器的飞行速度，空气动力学可分为低速空气动力学和高速空气动力学。

通常大致以400千米/小时这一速度作为划分的界线。

在低速空气动力学中，气体介质可视为不可压缩的，对应的流动称为不可压缩流动。

大于这个速度的流动，须考虑气体的压缩性影响和气体热力学特性的变化。

这种对应于高速空气动力学的流动称为。

可压缩流动根据其流动马赫数的不同又可分为四种各具不同特点的流动：马赫数恒小于1的流动称为,恒大于1的流动称为超声速流动，马赫数接近于1的流动称为跨声速流动,通常又把流动马赫数大于5的流动称为高超声速流动。

气体动力学则是专门研究可压缩流体流动的学科。

它涉及可压缩流动和高速空气动力学。

②根据流动中是否必须考虑气体介质的粘性，空气动力学又可分为理想空气动力学(或理想气体动力学)和粘性空气动力学。

除了上述分类以外，空气动力学中还有一些边缘性的分支学科。

当流动问题的特征尺度同气体分子平均自由程接近时，或者说在流动气体的密度低到流体力学中不再适用时，气体介质的不连续性便显露出来，此时就必须用分子运动论观点，研究气体的流动规律和气体与物体的相互作用，这个分支学科便是。

研究气体在高温下的物理化学现象以及伴随的能量传递和转换等过程的分支学科，则称为高温气体动力学。

研究内容 空气动力学的一些基本理论和内容分别叙述如下：在低速空气动力学和相应的不可压缩流动中，介质密度变化很小，可视为常数，而基本理论是无粘二维和三维的位势流基本解、翼型理论、举力线理论、和低速边界层理论等。

对于亚声速流动，无粘位势流动服从非线性椭圆型偏微分方程，研究这类流动的主要理论和近似方法有小扰动线化方法,普朗特-格劳厄脱法则、卡门-钱学森公式和； 在粘性流动方面有可压缩边界层理论（见）。

对于超声速流动，无粘流动所服从的方程是非线性双曲型偏微分方程。

在超声速流动中，基本的研究内容是、膨胀波、激波、、锥型流，等等。

主要的理论处理方法有超声速小扰动理论、和高速边界层理论等。

跨声速无粘流动可分外流和内流两大部分，流动变化复杂，流动的控制方程为非线性混合型偏微分方程，从理论上求解困难较大。

对流动规律研究的一个重要方面是寻求方程的数值解。

在一定条件下可有跨声速相似律(见)。

在高超声速流动方面，研究流动速度远远大于声速时的流动现象和规律，以及流动中出现的物理化学变化、烧蚀、传热传质和物体所受的作用力。

高超声速流动的主要特点是高马赫数和大能量。

这些特点使流动具有一般超声速流动所没有的流体动力特征和物理化学变化。

在高超声速流动中和问题变得比较重要。

高超声速流动分无粘流动和高超声速粘性流两大方面。

工业空气动力学主要研究在中风同各种结构物和人类活动间的相互作用，研究大气边界层内风的特性、风对建筑物的作用、风引起的质量迁移、风对运输车辆的作用和，以及低层大气的流动特性和各种颗粒物在大气中的扩散规律，特别是扩散的规律，等等。

研究方法 空气动力学的研究，分理论和实验两个方面。

理论和实验研究两者彼此密切结合，相辅相成。

理论研究所依据的一般原理是，流动遵循基本物理定律：在运动学方面，遵循质量守恒定律；在动力学方面，遵循牛顿第二定律；在能量转换和传递方面，遵循能量守恒定律；在热力学方面,遵循热力学第一和第二定律;在介质属性方面，遵循相应的气体状态方程和粘性、导热性的变化规律，等等。

实验研究则是借助实验设备或装置观察和记录各种流动现象，测量气流同物体的相互作用，发现新的物理特点并从中找出规律性的结果。

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。