第1章流體力學(xué)、場論及熱力學(xué)基礎(chǔ)知識

　　本章首先介紹空氣動力學(xué)的基本任務(wù)及研究方法、流體力學(xué)與空氣動力學(xué)的發(fā)展概況；然后介紹流體力學(xué)（含空氣動力學(xué)）所涉及的一些基礎(chǔ)知識及概念，包括流體的基本性質(zhì)、場論及矢量分析的基礎(chǔ)知識、研究流體運(yùn)動的方法和基本概念等，尤其是應(yīng)用矢量分析、場論等方法描述了表征流體屬性的各種物理量的內(nèi)涵，并給出相應(yīng)的表達(dá)形式；最后簡要介紹熱力系及熱力學(xué)的基本定律。

　　1．1空氣動力學(xué)發(fā)展概況

　　1．1．1空氣動力學(xué)的分類、任務(wù)及研究方法

　　空氣動力學(xué)是研究空氣與物體之間有相對運(yùn)動（即物體在空氣中運(yùn)動或空氣流過靜止物體）時，空氣運(yùn)動的基本規(guī)律及空氣內(nèi)部或空氣與物體之間相互作用力的科學(xué)。它是航空航天最重要的科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)之一，首先與飛機(jī)的產(chǎn)生、發(fā)展聯(lián)系在一起，涉及飛機(jī)的飛行性能、穩(wěn)定性和操縱性等問題，對于飛機(jī)設(shè)計和工程學(xué)科不可或缺。因此，傳統(tǒng)意義上的空氣動力學(xué)，通常指的是飛行器的空氣動力學(xué)，尤其是指普通飛機(jī)的空氣動力學(xué)。當(dāng)然，現(xiàn)代空氣動力學(xué)研究所涉及的領(lǐng)域遠(yuǎn)不限于飛機(jī)或其他航空飛行器。

　　例如，20世紀(jì)初庫塔、儒科夫斯基等學(xué)者將運(yùn)動物體在空氣中所受的升力與繞物體的環(huán)量聯(lián)系起來，建立了升力理論，從而奠定了低速飛機(jī)設(shè)計基礎(chǔ)，使重于空氣的飛行器成為現(xiàn)實。20世紀(jì)40年代中期至50年代，可壓縮空氣動力學(xué)理論迅速發(fā)展，特別是跨聲速面積律的發(fā)現(xiàn)和后掠機(jī)翼概念的提出，使得飛行的臨界馬赫數(shù)大幅提高，幫助人們突破音障，實現(xiàn)了跨聲速、超聲速飛行；而三角翼、邊條翼等氣動構(gòu)形可得到較大的渦升力，大大改善了飛行范圍的升力特性，提高了飛機(jī)的機(jī)動性。基于這些空氣動力學(xué)成果，20世紀(jì)50年代中期研制成功了性能優(yōu)越的第一代戰(zhàn)斗機(jī)。20世紀(jì)50年代之后是超聲速空氣動力學(xué)發(fā)展時期，出現(xiàn)了性能更為先進(jìn)的第二代戰(zhàn)斗機(jī)。在這一階段，航天方面的重點(diǎn)放在高超聲速飛行器和再入飛行器的氣動力與推進(jìn)系統(tǒng)問題，特別是著重解決高超聲速飛行和飛行器再人大氣層時嚴(yán)重的氣動加熱引起的“熱障”問題。而航空方面的重點(diǎn)放在了發(fā)展高性能作戰(zhàn)飛機(jī)、超聲速客機(jī)、垂直短距起降飛機(jī)、變后掠翼飛機(jī)等，尤其是超臨界機(jī)翼技術(shù)的使用，顯著提高了機(jī)翼的臨界馬赫數(shù)和飛機(jī)跨聲速范圍的升阻比，在載荷相同的情況下還可降低飛機(jī)的結(jié)構(gòu)質(zhì)量。20世紀(jì)70年代后，脫體渦流型和非線性渦升力的發(fā)現(xiàn)和利用是空氣動力學(xué)的又一重要成果，并促使了第三代高性能戰(zhàn)斗機(jī)的出現(xiàn)。20世紀(jì)80年代，在軍事需求的強(qiáng)力推動下，世界各軍事強(qiáng)國開始研制第四代戰(zhàn)斗機(jī)和高超聲速飛行器、跨大氣層飛行器，其中最有代表性的是1981年美國發(fā)射的航天飛機(jī)，并由此形成了現(xiàn)代空氣動力學(xué)發(fā)展的新時期。目前正在發(fā)展的第四代戰(zhàn)斗機(jī)，將高機(jī)動性、敏捷性、超聲速巡航能力、高隱形能力、更大的高度。

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