通讯地址陕西省汉阴县汉阴中学邮编725100

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1、通讯地址：陕西省汉阴县汉阴中学邮编：725100电话：13399155935电子信箱：ljkyyp@163.com空气动力学介绍杨亚平1，刘纪康21陕西师范大学物理学与信息技术学院2陕西省汉阴县汉阴中学一、伴随人类飞天梦，古老学科开新花。空气动力学是伴随航空技术进步而一步一步发展起来的，让我们先来回顾一下她的发展史。莱特兄弟和他们制造的飞机美国人莱特兄弟在1903年发明了飞机。飞机水平向后推动空气为什么可以向上飞起来？飞机的升力又是如何产生的呢？这就是空气动力学诞生后解决的第一个问题。从下面这个实验我们可以看到，当我们向两张纸的中央吹气时，纸会

2、向中间靠拢。产生这个现象的原因是当中央空气被吹走后，两边的空气会向中间流动，来填补流走空气的位置。飞机就是利用这个原理飞行的，从下图我们可以看到：空气流到机翼前缘，分成上、下两股气流，分别沿机翼上、下表面流过，在机翼后缘重新汇合向后流去。机翼上表面比较凸出，造成空气流速加快，压力降低。这样飞机的上下表面上就产生了压力差，就是这两个力的合力提供飞机的升力。在空气中运动的物体都会受到空气的影响，空气动力学就是一门研究运动物体和空气之间相互作用的科学。空气动力学只有100多年的历史，相比其他一些学科，算是比较年轻，她是从有悠久历史的力学发展出来的一门

3、分支学科。二、突破音障拦路虎，从此天堑变通途。在整个空气动力学发展史中，突破“音障”是一项重大的技术进步。第二次世界大战期间，使用的活塞式螺旋桨飞机速度比声速低。因为当时的空战主要是以机炮和机枪作为空战武器，谁的速度快，谁就能抢到有利空域赢得胜利，所以当时的飞行员一再努力追求飞行速度。盟军飞行员发明了一种战术，先把战机拉高，然后俯冲，借助重力加速度提高飞机速度与敌机作战。这种方法效果很好，所以经常被采用。可是有一次，美国飞行员耶格尔驾驶“野马”式战斗机与德国飞机作战时，由于他把飞机拉的太高，冲下来时飞机的速度已经接近800千米/时（声速），飞机

4、突然震动得特别厉害，变得难以驾驭，差一点发生了失控。死里逃生后他把这一切记载在日记上。P51野马式战斗机后来人们认识到，当飞机速度超过800千米/时，空气会变的像一堵密度很高的“空气墙”，使飞机难以逾越。由于产生这种现象时，飞机刚好接近于声音的传播速度，所以后来人们管这种现象叫“音障”。这是怎么一回事呢？原来，当飞机用亚音速以下的速度飞行时，声波能向机头前方传播，飞机受到的空气的冲击压力不大，飞机能顺利飞行。待飞机的速度达到音速时，音波就不能相对飞机向前传播，由于声波和飞机相对静止，造成声波“累积”在机头附近，机头周围的空气会受到声波持续的策动

5、力作用，振动急剧加强，使空气的温度升高，能量迭聚，密度变大。飞机突破音障瞬间形成的空气墙这些现象出现后，机头前部的空气就会形成一堵高温高压的空气墙，使飞机难以逾越，这就叫作“音障”。一旦飞机的速度超过声速，飞行在音波的前方，就可以突破“音障”。那时声波被飞机抛在后面，飞行员将不再能听到飞机的轰鸣声，这种现象叫“音寂”现象。　　很多人试图突破“音障”，但受当时技术条件限制，都没能成功。为此，英国飞行员德哈维兰驾驶的飞机甚至在飞行速度刚刚接近音速时空中解体，付出了机毁人亡的代价。怎样才能突破“音障”？突破“音障”对飞机有什么要求呢？　　早于飞机发明

6、以前就有人对音障问题进行研究了。大家都知道最早的炮弹都是圆球形的。后来人们发现球形的物体飞行阻力大射程不远，经过研究把炮弹做成尖锥的流线体。这样的弹头射出炮口就能在几倍音速下飞行。若把飞机也做成像炮弹一样的尖锥形，让飞机如同箭头一般，以锐角冲向“音障”形成的阻力“墙”，能大大减低阻力，这样不是就容易突破“音障”了吗？事实证明这种想法是正确的，后来人们就把飞机做成尖锥形的流线体机身和机翼。另外，“音障”既然像一堵“墙”，若要突破它，除把飞机做成流线体之外，还要加大发动机的动力，活塞发动机／螺旋桨时代的飞机绝没有能力突破“音障”。人们又发明了喷气发

7、动机。X－1试验机1947年美国做了一架向“音障”冲刺的试验飞机—X-1飞机。这是一架以火箭喷气发动机作动力的试验机，机身外形像一颗机枪子弹的弹头，这架飞机生来就是为了挑战“音障”的。经过多次试验，飞机终于在1947年10月14日的第九次试验中突破了“音障”，飞行速度达到音速的1.015倍。这样，飞行员查尔斯·耶格尔成为世界上超音速飞行的第一人。搭载在母机上的X-43（左上是释放后飞行中的X-43）现在音障已经被人类抛在后面，世界上飞的最快的飞机美国的X-43，速度甚至能达到七倍音速。三、未上蓝天先进洞，风洞试验显神通。飞机研制如果完全凭借一次

8、次真实的飞行摸索，不仅不可靠，而且危险性极大。人们又发明了风洞这种实验装置。人们利用风洞可以模拟出各种风向和风速，研究飞机的表现，不用上天就可以了解实