在天空中翱翔在海洋里漫游

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1、在天空中翱翔，在海洋里漫游——流体力学和航天工程及船舶工程童玉锦2010级理论与应用力学基地班摘要：当今社会里，我们最离不开的两大空间资源就是天空和海洋，这里有很大的开发前景也有很大的开发难度，也正是如此，所以航天工程和船舶工程的水平之提高就显得至关重要，而这两大工程提高的重要科学依据之一就是流体力学，这篇文章中我就要对流体力学与这两大工程的关系做一简单论述。关键词：流体力学、航天工程、船舶工程、实验方法一、引言也许当巨无霸“泰坦尼克号”下水航行的那一刻，地球上的人们会欢呼雀跃，惊讶不已；也许当“莱特兄弟”的飞机在蔚蓝的天空中试飞成功，实现人类飞行梦想的那一刻，地球人更会感觉到难以置信。而如

2、今，生活在这个科技高度发达的社会里的我们是不会有这样的感受的，因为我们已经耳听目睹了太多航天和航海史上的奇迹了。从哥伦布跨过大西洋找到美洲大陆到人类第一次飞翔成功；从航母第一次进入人类视线到卫星第一次进入太空；从核潜艇进入普遍到人类第一次漫步太空。现在的我们已见证了太多航天和航海上的伟大成就。但是，社会发展到现阶段，航天水平和船舶水平看似已经很高了，但是世界上的的未知是无穷尽的，人类创造奇迹的脚步也是永不停止的。就航天技术的发展来看，其速度可谓是惊人的。短短一个世纪之间，人类从“为飞翔而探索”进入了“为开发宇宙空间而奋斗”的阶段。正如力学的发展离不开数学的发展，航天技术的飞速发展也离不开流体

3、力学的发展。这就是科学理论为工程实践作基础的一个典型例子。二战之后，世界开始渐渐把目光从天空移向太空，尤其是苏联和美国在航天上的竞争更是引人瞩目。我们不能不说，“美苏”的竞争给人类航天事业的发展带来了动力，鉴于航天工程对流体力学的高要求，这一时期的科学在这方面的发展应该是迅速的。对这段历史，从科技角度来说，是科学理论带动着工程水平的发展，同时工程问题又带来新的科学研究；从历史角度来说，竞争成就了人类的进步。这里最显著的受益者就是中国，中国留学生从国外带来一肚子的科学知识，在国家的支持下迅速将其化为工程上的成功，同时带动了中国国防水平的提高。而今，世界将目标定为宇宙空间，中国已然完成了载人航天

4、和探月的历史性突破。这些更加庞大复杂的工程也给科学带来了更加复杂更具挑战性的问题。从天空到海洋，人类几乎是同步发展的。也许船能浮在水面上并做些常规运动是显然的，他不像第一架飞机那样使人瞠目结舌。但如何使船更快、更稳这是一个永不褪色的问题，过去是，现在也是。人类借助船舶航海已有很久远的历史了，但是真正高水平、高技术的大量运用也是在二战及二战之后。我们也许记得，在二战的海洋上，“巨无霸”式的巨型舰艇已经不好用了，而成功的是航空母舰和潜艇，它们的发展使作战空间大大拉伸，（上至九天，下至深海）。这是战争史的的成就，也是科学史的的成就。从那以后，船舶水平就飞速发展到了现在的地步。从天空到海底，从海底到

5、天空。航天和船舶这两件事物看起来并无什么密切的联系。事实上，它们之间有许许多多不可忽略的关系，其中最重要的之一就是流体力学。一者在气流中，一者在水流中；动力和外形问题都是二者的重要研究方向，这就是联系所在。宇宙有多广阔，我们努力走多远；海洋有多辽远，我们努力走多快。科学就是不断研究，不断突破，不断探索的过程。二、航天和船舶的主要流体力学问题引言中已经提到，航天和船舶的重要联系便是外形问题和动力问题。一般而言，当流体和航天器及船舶接触时，都分为外部流体和内部流体。其中从外形来看，外部流体是影响外形研究的重要因素；从动力角度来说，外内部流体都是重要原因。下面做详细介绍。（一）外形设计不论对飞行器

6、还是船体，外形的设计都是至关重要的。正如前文所讲的，机体和船体都直接和外部流体相接触，因此外形直接影响机体和船体与流体环境的相互作用，从而影响它们在流体中的运动。也正是由于这样，外形方面还有许多未解决的复杂问题。1、飞行器外形由于飞行器仅在空气中运动，对它来说，所谓的外部流体就是空气，确切说，就是飞行器及其部件在各种环境中以不同的速度和姿态运动时的空气动力特性。升力和阻力的关系是飞行器的重要问题，而外形便是影响飞行器升祖比的重要因素。可以说，外形是飞行器能否飞得更稳定、更可操纵、更快速的决定性因素。下面举两例子阐述：无动力飞行所谓无动力飞行，就是飞行器在无外界能量供应的条件下的飞行，听起来无

7、动力飞行有点儿原始，有点更具不确定性。事实上，在探测水平高度发达的现代，不确定便有可能是一个事件结果的决定性原因，譬如战争，这就是出其不意、攻其不备，因此，不确定性的优势正在逐渐凸现出来。（当然，我们也一样不能忽视其弱点）。由于无动力，所以就不涉及动力设计问题，外形设计就是最主要的问题。但是无动力飞行具有飞行速度与升阻比的矛盾，看起来外形研究就是解决这一矛盾的关键方法。机翼对飞行的影响现阶段，对飞行器影响最大