从航空发展看空气动力学..

从航空发展看空⽓动⼒学⽥春光

⼟⽊⼯程与⼒学学院理论与应⽤⼒学专业基地班2011级

摘要：空⽓动⼒学是⼒学的⼀个分⽀，它主要研究物体在同⽓体作相对运动情况下的受⼒特性、⽓体流动规律和伴随发⽣的物理化学变化。它是在流体⼒学的基础上，随着航空⼯业和喷⽓推进技术的发展⽽成长起来⼀个学科。

关键词：空⽓动⼒学，历史，航空，战⽃机，⽅向。⼀、引⾔

空⽓动⼒学和航空的关系极为密切，互相促进发展，我们可以从空⽓动⼒学的发展历史来看最早对空⽓动⼒学的研究，可以追溯到⼈类对鸟或弹丸在飞⾏时的受⼒和⼒的作⽤⽅式的种种猜测。17世纪后期，荷兰物理学家惠更斯⾸先估算出物体在空⽓中运动的阻⼒；1726年，⽜顿应⽤⼒学原理和演绎⽅法得出：在空⽓中运动的物体所受的⼒，正⽐于物体运动速度的平⽅和物体的特征⾯积以及空⽓的密度。这⼀⼯作可以看作是空⽓动⼒学经典理论的开始。1755年，数学家欧拉得出了描述⽆粘性流体运动的微分⽅程，即欧拉⽅程。这些微分形式的动⼒学⽅程在特定条件下可以积分，得出很有实⽤价值的结果。19世纪上半叶，法国的纳维和英国的斯托克斯提出了描述粘性不可压缩流体动量守恒的运动⽅程，后称为纳维-斯托克斯⽅程。到19世纪末，经典流体⼒学的基础已经形成。20世纪以来，随着航空事业的迅速发展，空⽓动⼒学便从流体⼒学中发展出来并形成⼒学的⼀个新的分⽀，直到此时，空⽓动⼒学才真正⾛上发展的快车道。

在短短的百年间，航空⼯业由飞⾏850英尺，滞空时间⼀分钟，到航程⼀万两千余公⾥（B2隐形轰炸机），速度达到3马赫（⽶格25与A-12/SR-71⿊鸟侦察机Ma=v/a）。现在航空器已经成为⼈类最复杂最精密的机器之⼀，其中，空⽓动⼒学在动⼒和外形上的贡献是不可磨灭的，⽽且，追求更⾼更快更远的航空⼯业也在推动着空⽓动⼒学不断前进。⼆、航空⼯业简介与航空器简介

2.1航空⼯业主要指研发、⽣产和销售航空产品的企业事业单位的总和。航空⼯业是建设独⽴⾃主巩固国防的重要基础。它是⼀种知识和技术极为密集; 产品和⼯艺⾼度精密、综合性强; 军⽤与民⽤结合密切的产业。

2.2航空⼯业发展的主要产品是航空器，航空器可以分为两种，轻于空⽓的航空器和重于空⽓的航空器。众所周知，任何航空器要升到空中，都必须产⽣⼀个克服⾃⾝重⼒向上的⼒，这个⼒叫做升⼒。提供这个⼒的，前者靠静浮⼒升空，⼜称浮空器；后者靠与空⽓相对运动产⽣升⼒升空。

2.2.1轻于空⽓的航空器包括⽓球和飞艇，它们是早期出现的航空器。它们⼀般没有推

进装置，主要与⽓囊，⽓囊下⾯通常有吊篮吊舱，⽓球可分为热⽓球，氢⽓，氦⽓⽓球。早期⽤于军事巡逻，侦查，运送⼈员物资，随着飞机的出现和发展，现多⽤于商业⽬的，运动项⽬等。优点：滞空时间长，运量⼤，环保，随后出现的氦⽓⽓球有较⾼的安全系数。缺点：速度慢。

2.2.2重于空⽓的航空器包括固定翼航空器，旋翼航空器，扑翼机,倾转旋翼机。其种类较多，功能较前者也更为复杂，出现的也较晚，但发展迅速。

重于空⽓的航空器靠⾃⾝与空⽓的相对运动产⽣空⽓动⼒升空。固定翼飞机结构通常包括机翼，机⾝，尾翼和起落架等部分。其优点是速度快，安全性较⾼；缺点是耗油量⼤，运量⼩，成本⾼。

旋翼机是靠航空发动机驱动旋翼旋转作为升⼒和推进⼒的来源，现多由机⾝，起落架，动⼒装置，旋翼系统，操纵系统和其他系统组成，多⽤于运送⼈员物资武器设备等，尤其因为它可以垂直起降的特点，多⽤于抢险救灾，⾼空救援等特殊情况。但由于其特殊外形，不符合空⽓动⼒学特性，⽆法在空中滑翔，⼀旦发⽣故障，很容易发⽣重⼤事故。滑翔机，它属于⽆动⼒固定翼飞机，出现较早，利⽤⾃⾝重⼒的分量获得动⼒，现多⽤于运动或表演。

扑翼机是指模拟鸟和昆⾍翅膀的上下摆动获得动⼒的⼀类飞⾏器，⼜称振翼机。通过振翅可以获得升⼒和前进的动⼒，但机理复杂，其空⽓动⼒学规律⾄今尚未被⼈们完全掌握。

倾转旋翼机，是⼀种近期备受关注的新型飞⾏器，它通过旋转旋翼兼具固定翼飞机的速度和旋翼机垂直起降的优点。尤其美国的V-22型军⽤运输机在⼏次战争中⼤放异彩，使各国争相研制同类型飞机。

在众多的飞⾏器中，军⽤飞⾏器⽆疑是科技含量很⾼的⼀个部分，⽽其中战⽃机有时精品中的精品，最新的空⽓动⼒学技术总是先在它的⾝上实施，⽽军队对战⽃机更⾼的要求也让空⽓动⼒学前进的更快。那就让我们由战⽃机的发展历程，看空⽓动⼒学的发展。

三、战⽃机发展的各个阶段

3.1有动⼒的的飞机于1903年由莱特兄弟发明。飞机之所以能飞就⼀定要提到空⽓动⼒学上的⼀个重要发现，那就

是空⽓流速不同处压⼒的不同。流速快，压强⼩。为了让

飞机飞起来，⼈们设法利⽤⽓流的速度差产⽣的⽓动压⼒差向上推动飞机。所以，⼈们将飞机机翼的横截⾯设计成上凸下凹或平。这样空⽓吹过这样形状的机翼表⾯时，⼜有上表⾯空⽓⾛的路程⽐下表⾯长，因此上表⾯空⽓流速⽐下表⾯的快。根据伯努⾥定理（丹尼尔伯努⾥于178年提出了的流体⼒学中⼀个重要定理。他认为在理想流体的定常流动中，流体压⼒p，流体速度v，流体的密度ρ和流体的位置H，满⾜关系式）将产⽣⼀个向上的压⼒差，这个压⼒差称为飞机的升⼒，就是这个⼒将飞机送上天。

飞机⾃发明之⽇起仅仅过了3年时间便被运⽤到了军事⾏动中。不过当时多是侦查任务，当时的飞⾏员想如果能把对⽅的飞机打下来，对⾃⼰会是很有帮助的，所以，飞⾏员们⾃带⼿枪，步枪。这就有了最初的战⽃机。

3.2开始的飞机多为两翼或三翼，虽然单位受⼒减轻，增加空⽓的作⽤⾯积，便与操控。但飞机变得笨重，速度慢，已经不适合战争的需要。到第⼆次世界⼤战时，⼏乎所有的战⽃机都采⽤单翼设计，尤其是德国率先使⽤可收回式起落架和封闭式座舱，是整个飞机更加符合流线型，这源于其空⽓动⼒学的进步，这⼏项改进，使飞机的速度，由于减少了阻⼒的损耗的能⼒，使得续航能⼒也⼤幅提升。美国⼈在他

们的新飞机P-51“野马”上使⽤了他们的新型机翼——层流型机翼.层流翼型是它的前缘半径较⼩，最⼤厚度位置靠后，能使翼型表⾯上尽可能保持层流流动，以便减⼩摩擦阻⼒。摩擦阻⼒是在“附⾯层”（或叫边界层）内产⽣的。所谓附⾯层，就是指，空⽓流过飞机时，贴近飞机表⾯、⽓流速度由层外主流速度逐渐降低为零的那⼀层空⽓流动

层。附⾯层是怎样形成的呢？原来是，当有粘性的空⽓流过飞机时，紧贴飞机表⾯的⼀层空⽓，与飞机表⾯发⽣粘性摩擦，这⼀层空⽓完全粘附在飞机表⾯上，⽓流速度降低为零。紧靠这静⽌空⽓层的外⾯第⼆⽓流层，因受这静⽌空⽓层粘性摩擦的作⽤，⽓流速度也要降低，但这种作⽤要弱些，因此⽓流速度不会降低为零。再往外，第三⽓流层⼜要受第⼆⽓流层粘性摩擦的作⽤，⽓流速度也要降低，但这种作⽤更弱些，因此⽓流速度降低就更少些。这样，沿垂直于飞机表⾯的⽅向，从飞机表⾯向外，由于粘性摩擦作⽤的减弱，⽓流速度就⼀层⼀层的逐渐增⼤，到附⾯层边界，就和主流速度相等了。这层⽓流速度由零逐渐增⼤到主流速度的空⽓层，就是附⾯层。附⾯层内，⽓流速度之所以越贴近飞机表⾯越慢，这必然是由于这些流动空⽓受到了飞机表⾯给它的向前的作⽤⼒的作⽤的结果。根据作⽤和反作⽤定律，这些被减慢的空⽓，也必然要给飞机表⾯⼀个向后的反作⽤⼒，这就是飞机表⾯的摩擦阻⼒。附⾯层按其性质不同，可分为层流附⾯层和紊流附⾯层。就机翼⽽⾔，⼀般在最⼤厚度以前，附⾯层的⽓流各层不相混杂⽽分层的流动。这部份叫层流附⾯层。在这之后，⽓流流动转变为杂乱⽆章，并且出现了旋涡和横向运动。这部份叫率流附⾯层。层流转变为紊流的那⼀点叫转捩点。附⾯层内的摩擦阻⼒与附⾯层的性质有很⼤关系。实验表明，紊流附⾯层的摩擦阻⼒要⽐层流附⾯层的摩擦阻⼒⼤得多。因此，尽可能在机翼上保持层流附⾯层，对于减⼩阻⼒是有利的。所谓层流翼型，就是这样设计的。

总的说来，摩擦阻⼒的⼤⼩，决定于空⽓的粘性，飞机的表⾯状况，以及同空⽓相接触的飞机的表⾯积。空⽓粘性越⼤，飞机表⾯越粗糙，飞机表⾯积越⼤，摩擦阻⼒就越⼤。

战争是科学的助推器，在第⼆次⼤战期间，活塞式发动机达到顶峰,活塞式发动机的机构与⼯作原理和汽车发动机⼗分类似，其实最早的航空发动机就是将汽车发动机搬到了飞机上。它的⼯作分为四个⾏程，即进⽓⾏程，压缩⾏程，膨胀⾏程和排⽓⾏

程。由多个缸爆燃产⽣推进⼒，由多组缸的程序式交替⼯作获得持续的动⼒输出。

3.3在战中中后期出现的野马战⽃机与过去的活塞式发动机飞机⽐较已经有了质的飞跃。距飞机发明40余年，发动机功率提⾼近百倍，结构上由于流线型机⾝，层流型机翼的使⽤，速度由百公⾥左右提⾼到816千⽶每⼩时。但已经是活塞式飞机的极限了，对于寻求

⾼速推重⽐的战⽃机来说，活塞式战⽃机已经没有什么可以改良发展的了。因为活塞式发动机有以下缺点。1.功率⼩2.重量⼤3.外形阻⼒⼤4.螺旋桨⾼速旋转时效率低5.桨尖易产⽣激波。所以随着涡轮喷⽓，涡轮螺桨和涡轮风扇发动机的发展，活塞式发动机逐渐退出⼤飞机领域，战⽃机也有活塞式全部过渡到喷⽓式。

3.3．1物体⾼速前⾏时所造成的强扰动（即引起的压强和密度的变化⽐声波⼤）在空⽓中的传播。在飞机和导弹跨声速或超⾳速飞⾏时会出现由⽆数较强的波叠加⽽成的边界波，它是由于边界波⾯处受到强烈压缩形成的。波⾯前后物理特性发⽣了突变，波⾯之后的压强突然增⼤，密度温度也随之升⾼，由于⽓流通过波⾯时，⽓流微团受到很强的阻滞，速度锐减，因此⽓流速度会⼤⼤降低。这种由较强压缩波组成的边界波就是激波。

3.3.2由激波阻滞⽓流⽽产⽣的阻⼒叫做激波阻⼒，简称波阻。因为激波是⼀种强压缩波，因此当⽓流通过激波时产⽣的波阻也特别⼤。

3.4当飞⾏器的速度越来越⾼，设计者发现，再想提⾼速度很困难，尤其是接近声速，⽤过去的设计⽅法⼏乎不可能。看似航空业的尽头已经到来，但两⼤关键技术使航空的发展翻开了新的⼀页。这就是后掠翼和喷⽓推进技术的发展。

3.4.1后掠翼与平直机翼相⽐之所以更适合于超⾳速飞⾏，是因为其能够提⾼Ma临界，降低了机翼上的有效速度，当⽓流以速度v流过后掠翼时，由于后掠⾓的影响只有垂直机翼前缘的⽓流速度分量v n是产⽣升⼒的有效速度，另⼀个沿着机翼⽅向的分量v t只能产⽣摩擦阻⼒，对产⽣升⼒不起作⽤。因此作⽤到后掠翼上的实际速度⽐飞⾏速度⼩。如果对于平直机翼来说，速度已达到临界速度，在它上⾯有可能产⽣局部激波和波阻，那么对于后掠翼来说还要把速度在提⾼⼀些才能达到临界速度，并在局部产⽣激波和波阻。因此后掠翼可以提⾼飞机的Ma临界推迟局部激波的产⽣。现代超⾳速飞机的机翼后掠翼后掠⾓⼀般在三⼗度到六⼗度之间。机翼的后掠⾓越⼤，相同飞⾏速度下作⽤在机翼上的有效速度就越⼩，Ma临界

3.5超⾳速飞⾏的优良⽓动外形问题得到了有效地解决，这时需要的就是强⼤的动⼒是飞机冲破⾳障（由于接近声速时激波和波阻骤增产⽣的⼀种现象），实现超⾳速。

航空喷⽓式发动机的出现彻底将战⽃机带⼊了超⾳速时代，它最早由英国⼈提出设想，但并为得到政府的重视，后发明者虽然进⾏试验，但⼯艺限制，都以失败告终，最后是由德国⼈最先研制出来（Me-262），并很快投⼊了战争，虽然他的出现并未改变战局，但让世⼈都认识到了他的重要价值。战后美俄相继开发了各⾃的喷⽓式飞机。

喷⽓式发动机的动⼒来源是由压⽓机压缩空⽓在燃烧室中于燃料混合，将⾼压⽓体从为喷⼝喷出，空⽓的反作⽤⼒使飞机快速前进。借助燃料爆燃的巨⼤推⼒，现代喷⽓式发动机的推⼒甚⾄达到⼏百千年，相⽐于过去的发动机，推⼒提⾼了数百倍，结合先进的空⽓动⼒学外形，超⾳速飞机迅速普及。

如美国的F-86“佩⼑”和苏联的⽶格15两款早期代表性产品还在朝鲜战场上相遇。后来由他们改进出现的⽶格-19，F-100“超级佩”⼑还成功实现了超⾳速，但超⾳速的性能差，

只能实现短时间的超⾳速飞⾏。以他们为⾸的⾸批超⾳速战⽃机被划定为“第⼀代战⽃机”超⾳速也就是这⼀代战⽃机最⼤的特点。他们的速度均达到1.3马赫，升限15千⽶，在空战中追求更⾼更快的想法，使得双⽅很快投⼊到下⼀代飞机的研制⼯作。3.6第⼆代战⽃机应运⽽⽣，以美国F-104，苏联的⽶格-21，法国的幻影，中国的歼8为代表的⼀批新式战⽃机为代表。他们的速度都达到2马赫，升限2千⽶左右，它们都采⽤⼩展弦⽐设计，并且苏联的⽶格21法国的幻影中国的歼8还采⽤了三⾓翼设计。

3.61对于⼩展弦⽐的飞机，翼展⽅向较短可以减少波阻，因为超⾳速飞⾏激波是沿着机翼前缘和后缘产⽣的，翼展长度减⼩，激波⾯的长度也就减⼩，因此波阻也相应减⼩

3.62当飞机飞⾏速度⼤于2马赫，要是机翼的与⼩速度⼩于⼀马赫。机翼的后掠⾓就要⼤于六⼗度。但随着后掠⾓的增⼤，机翼根部机构受⼒情况恶化，同时低速性能下降，阻⼒增加，这是，采⽤三⾓翼就⽐较适合。三⾓翼减阻效果与后掠翼⼤致相同，它具有后掠⾓⼤，展弦⽐⼩，相对厚度较⼩的特点。由于三⾓翼的根部较长，在相对厚度不变的基础上⼤⼤增加了根部的绝对厚度，从⽽改善根部的受⼒情况，并且在跨声速时，变化⽐其他机翼都要⼩，保证了⾼速情况下的可操纵性。

但这两种机翼有共同的缺点，就是巡航能⼒差（要求低速飞⾏的稳定性，升⼒，操纵性），起降能⼒差（要求⼤升⼒使起飞着陆的所需速度减⼩，进⽽减⼩滑跑距离），这使的美苏双⽅开始了下⼀代战⽃机的研发。

3.7由于超⾳速能⼒要求⼩展弦⽐和巡航能⼒起降能⼒，稳定性能⼒要求⼤展弦⽐，⼤升⼒等要求。本⾝是⽭盾的不可调和的，这使研发者都犯了难。这时⼀个最有创意的发明成为了现实，那就是可变后掠翼。

可变后掠翼飞机通过后掠⾓的变化解决

了⾼低速性能的⽭盾。飞机在起飞着陆和低速飞⾏时，采⽤较⼩的后掠⾓，这时的展弦⽐⼤，有较⾼的低速巡航能⼒和起飞着陆升⼒。在超⾳速飞⾏时，采⽤较⼤后掠⾓，机翼的展弦⽐和相对厚度减⼩，对减⼩超⾳速飞⾏阻⼒⼗分有利。可变后掠翼在整个Ma范围内均有很好的⽓动性能，较好的满⾜了不同能⼒的不同需要。其中典型代表，⽶格-23，欧洲的“狂风”战⽃机，美国的F-14“雄猫”战⽃机。

3.8但这个看似神奇有效的发明却很快遇到了问题。可变后掠翼飞机的主要缺点是可变后掠翼结构复杂，结构重量⼤，⽽且⽓动中⼼变化⼤，平衡较为困难。⽐如欧洲的“狂风”，列装多年，但从未参加过实战，就是因为其结构复杂，可靠性较差。随即，军⽅⼜展开了新技术的探索来代替这项不稳定的技术。终于他们找到了另⼀条途径，就是边条机翼。

解决超⾳速飞机⾼速飞⾏和低速飞⾏⽭盾的另⼀条途径就是采⽤边条机翼。边条机翼是⼀种混合平⾯形状的机翼，它由边条（⼜称前翼）和后翼（⼜称基本翼）两部分组成。边

条为⼤后掠⾓（x不⼩于70度）的细长翼，后翼为中等展弦⽐（展弦⽐为3~4），中等后掠⾓（30度~50度）的三⾓形机翼。由于有⼤后掠⾓的边条，使整个机翼的有效展弦⽐增⼤，相对厚度减⼩，因此有效地减⼩了激波波阻；同时由于基本翼的存在，⼜使整个机翼的有效展弦⽐增⼤，因此可以减⼩低亚⾳速以及跨声速飞⾏时的诱导阻⼒。

理论和实验证明，边条翼可以产⽣较⼤的升阻⽐。由于边条的后掠⾓较⼤，因此在不⼤的迎⾓下，边条前缘流动就产⽣分离，分离产⽣的边条涡将从基本翼的上翼⾯流过，对基本翼上翼⾯产⽣有利的⼲扰影响，使上翼⾯的压⼒下降，升⼒增加。此外，边条翼上产⽣的边条涡还可以给上翼⾯的附⾯层补充动能，延缓和减轻基本翼上⽓流的分离，从⽽可产⽣相当⼤的附加升⼒（⼜称涡升⼒）。现代很多战⽃机都采⽤了这个技术，⽐如F-15，F-16，F-18，⽶格-29等，加上现代的控制系统，和新式制导导弹等对战⽃机战⼒的提升使飞机⼜跨进了⼀个新的时代，这些战⽃机被统称为“第三代战⽃机”。第三代战⽃机是现在空战战场的主⼒机型。

3.9战⽃机的⼀项重要任务就是发现敌机迅速起飞，并且可以在不⼤的机场起降，因为战时的飞机场可能被炸得⽀离破碎，只有⼀⼩段是完整的，这就要求飞机的起飞和降落速度不能太⼤，因此，⼜有⼀项新技术被发明，这项技术在中国引以为傲的J-10战机上也有很好的体现，那就是鸭翼的设计。

⼤多数飞机采⽤正常⽓动布局，即飞机的⽔平尾翼位于机翼后。当飞机以正迎⾓飞⾏时，为保持飞机平衡需要使升降舵向上偏，并产⽣负升⼒，其⽅向恰好与机翼产⽣的升⼒⽅向相反，因此正常式飞机的⽔平尾翼总是使全机升⼒减⼩。⽽“鸭”式飞机是将⽔平尾翼移到机翼前，并称之为鸭翼。因为⽔平尾翼位于中⼼前在正迎⾓时，鸭翼将产⽣正升⼒，，以保持飞机平衡，故鸭翼对全机的升⼒贡献是积极地。

“鸭”式飞机在超⾳速飞机中应⽤较多，在⼤迎⾓飞⾏时鸭翼前缘产⽣的脱体漩涡，在沿着机翼上表⾯向后流动时，会产⽣类似边条飞机的有利⼲扰，使机翼升⼒增⼤。这对飞机起降⾮常有利。如中国的J-10，欧洲联合研制的“台风”，法国独⽴开发的“阵风”，瑞典的SaabJA-37，其起飞距离和着陆距离分别为400⽶和500⽶，仅为同类未使⽤鸭翼战⽃机的⼀半。四、我国的航空⼯业的成绩和不⾜

我国是世界⽂明古国，中国的风筝和⽕箭是世界公认最早的飞⾏器，但在近代我国的屈辱史中，中国的⼯业被世界远远甩在后⾯，尤其是航空⼯业，这种技术⾼度密集的产业，在建国前，中国的航空业成就⼏乎为零。

4.1建国六⼗多年来，中国的航空⼯业得到迅速发展，中国⾛过了由引进，仿制到⾃主研制的⼀段艰⾟历程，但成果丰硕，尤其近年来，以“飞豹”战机的列装为标志，翻开了我国拥有⾃主知识产权战⽃机时代的到来。现今它早已成为中国海军航空兵的主⼒战机，并参加了多次中俄和上合组织的⼤型国际间的演习，得到多国的⼀致好评。但设计师团队依然在对“飞豹”不断地改进，使它的性能得到了很⼤的提升。⽽后，中国⾃主研发的J-10再次震惊世界，中国成为了少数⼏个可以⾃主研发三代机的国家。继J-10之后，中国⼜相继推出J-11，“枭龙”和J-20等等。其中“枭龙”战机为中国与巴基斯坦的合作机型，它为我国的航空⼯业打开了国际市场。J-20为我国的四代战机的原型机，它也标志中国实现了在短

短⼗⼏年中由三代机发展到四代机的飞速进步。这⼜是中国航空⼯业创造的⼀个奇迹，是全国⼈民的骄傲。

4.2但实现了这么多成就的中国航空业还是有相当的不⾜，越欧洲，美国，俄罗斯等航空业强国依然有较⼤的差距，最明显的莫过于发动机技术。从“飞豹”到J-10，从“枭龙”到J-11，就连我们引以为傲的J-20都⽆⼀例外的装着俄罗斯的发动机，这也使得中国的航空业⾄今仍受制于国外的众多的企业和公司，如果⼀旦开战，战局变化，⽆法从国外获得发动机的补充，那后果将不可想象。

还有中国的空⽓动⼒学发展落后，中国缺少⼤型试验设备对空⽓动⼒学的新理论航空新产品进⾏测试和实验。例如在中国的多款飞机上都能找到国外飞机的影⼦，⽐如J-10与以⾊列的“幼师”战⽃机：；⽽J-11更是⼏乎全盘照抄苏-27的⽓动外形。这其中原因恐怕不仅仅是中国⼈缺乏创新能⼒那么简单。

缺乏航空特种材料，例如中国试图仿制俄制发动机叶⽚时就是由于⽆法找到合适的材料⽽使这个项⽬暂停。

中国还缺少从事航空⼯业的专业⼈才。因为空⽓动⼒学属于⼒学中流体⼒学的⼀个分⽀，在⼒学中固体⼒学⼀直是备受追捧，⽽空⽓动⼒学这个“新⽣⼉”就没有得到太多⼈注意，直到在钱学森郭永怀⽼⼈家的建议下，我国组建了中国空⽓动⼒学研究与发展中⼼。五、由世界先进战⽃机看航空⼯业的先进技术

世界航空业的先进技术是什么？那就看看世界航空⼯业的⽼⼤——美国。

美国与⼆⼗世纪⼋⼗年代开始研制新⼀代战⽃机来取代当时还⼗分先进的F-15等三代机。通过招标的⽅式和⼏次测试，最终确定由现在⼤家看到的F-22“猛禽”做这个继任者，它最早在1990年试飞，也就是说，美国的四代机，整整⽐中俄早了⼆⼗年！但是即使是⼆⼗年后的⼏天，但那我们的航空业飞速发展的今天，我们看着美国20年前的数据，我们还是可以叫它们是“先进技术”。

5.1我们从美国四代机上所采⽤超出想象的⽓动技术就能看出这些技术到底有多先进。⾸先说飞机的外形设计，它不仅考虑到⾼速低速的⽓动需要，并且很好的结合了机动性和巡航的要求，⽽且F-22与F-35所能做的是超⾳速巡航，即在不开发动机加⼒的情况下长时间超⾳速飞⾏，这说明其减阻设计已经达到了⼀个新的时代。因为其他三代机，甚⾄⼆代机虽然可以超⾳速飞⾏，但时间短暂，原因是超⾳速飞⾏要对抗强⼤的波阻，这使得燃料⽤量⼤增，严重影响飞机航程。不仅如此，长时间的超⾳速飞⾏对机体寿命是有很⼤影响的，F-22F-35既然可以实现超⾳速巡航在材料学上的进步也绝不是⼀⼩步。另⼀个让⼈匪夷所思的性能，就是在实现超常的巡航能⼒的同时其⽓动布局也同样胜任超常规机动的任务。它是现今机动能⼒最好的飞机，其机动能⼒超过了苏-27，可以完成众多违背⽓动规律的动作，如迅速调转机头指向，在空战中这可以迅速占领有利位置，变被动为主动。

5.2⽽且值得注意的是，在强调这些常规性能的同时，对F-22，F-35还有⼀个苛刻的要求，就是要求外形要兼顾其隐⾝性。其实在这两款四代机出现之前，美国在外形隐⾝性⽅⾯已做过⼤量实验和研究，F-117,“夜鹰”隐形战⽃机就是⼀个尝试。它使⽤了多三⾓⾯的设计，尽量减少⼤平⾯的出现，虽然其隐⾝性异常出众，但是它在⽓动减阻⽅⾯的性能实在不怎么样，对它来讲，就连超⾳速都是很困难的。可见，隐⾝的外形和传统要求的⽓动外形是有很多⽭盾的。但是这两款四代机都很好的解决了，美国⼈发现正⾯最⼤的反射雷达波的⾯在发动机的进⽓道，因为发动机中的涡轮桨叶是在⾼温中⼯作，是不可能使⽤隐⾝涂料的，所以美国就在此做⽂章，将进⽓道改变，使其成为“S”型，这使得桨叶被隐藏在其中，⽽雷达波也会在反射过程中减弱。

5.3要想实现以上的性能还⽤⼀个重要的部件没有提到，那就是发动机。

5.3．1F-22搭载的发动机是普惠公司F-119. F119的主要性能参数为：最⼤推⼒156千⽜, 中间推⼒105千⽜，总压⽐35，涵道⽐0.3, 涡轮前温度1577℃～1677℃，最⼤直径

1.13⽶, 长度4.826⽶, 重量 1360千克。与普惠公司为第3代战⽃机F-15、F-16研制的推重⽐为8⼀级的F100发动机相⽐，F119在总级数、零件数、推重⽐等均有较⼤的改进。值得⼀提的是，F-119是世界上六款推重⽐超过10的⼀种，但其他的五种均处于实验中。

5.3.2在这个发动机上还有另⼀个重要的技术使⽤，那就是⽮量推进技术。尾喷管⼆元收敛-扩张⽮量喷管，喷管上、下的收扩式调节⽚可单独控制喉道与出⼝⾯积，且当上、下调节⽚同时向上或向下摆动时，可改变排⽓流的⽅向，从⽽改变推⼒的⽅向。发动机的推⼒能在飞机的俯仰⽅向±20°内偏转，从+20°到-20°的⾏程中只需1秒钟。推⼒和⽮量由双余度全权限数字电⼦控制系统控制，⽤由煤油作介质的作动筒来操纵。调节⽚设计成可减少雷达散射截⾯积；为减少红外信号，对调节⽚进⾏了冷却。尾喷管也采⽤\"Alloy C\"阻燃

钛合⾦以减轻重量。这使得飞机可以在为喷⼝的作⽤下做出众多匪夷所思的⾮常规机动。由于材料学的进步，使得F-22的红外信号⼤⼤减⼩，这就让F-22使很多空空导弹“瞎了”。

⽮量推进的技术在F-35的⾝上体现的更为明显，相⽐较F22的⼆维推⼒，F-35使⽤了三维推进，为喷⼝甚⾄可以九⼗度⼤转弯，来实现垂直起降。六、航空技术发展⽅向

6.1更⾼的速度。⾃美国提出“⼀⼩时打遍全球”计划，空天战机（飞传统意义的飞机，因为其即能在⼤⽓层内飞⾏，也可在⼤⽓层外飞⾏）就被写到了各个国家的航空发展计划中了。现在中国，美国，俄罗斯，印度，欧洲各国纷纷提出了⾃⼰⾼超⾳速，空天战机的计划，

虽然各国都提出了冠冕堂皇的理由说明此项⽬的和平利⽤⽬的，但是它的军事价值却是不⾔⾃明的。各个国家的进展当属美国最快，它的验证机X-37B已经多次试验，随多次失败，但其积累的经验使它离实战越来越近。它创造的25倍⾳速的速度也是“⼀⼩时打遍全球”计划变得越来越可⾏。

6.2新的动⼒技术。现在最新，看似最现实的莫过于超然冲压发动机了超燃冲压发动机是指燃料在超声速⽓流中进⾏燃烧的冲压发动机。在采⽤碳氢燃料时，超燃冲压发动机的飞⾏M数在8以下，当使⽤液氢燃料时，其飞⾏M数可达到6~25。超声速或⾼超声速⽓流在进⽓道扩压到位置4的较低超声速，然后燃料从壁⾯和/或⽓流中的突出物喷⼊，在超声速燃烧室中与空⽓混合

并燃烧，最后，燃烧后的⽓体经扩张型的喷管排出。超燃冲压发动机是实现⾼超声速飞⾏器的⾸要关键技术，是⽬前世界各国竞相发展的热点领域之⼀。以它为动⼒的美国X-43验证机已经创下9.6倍⾳速的记录（⼤⽓层内）。

6.3⽆⼈趋势。在伊拉克和阿富汗⼠兵的伤亡使美国政府承受了巨⼤压⼒，所以战争的“⽆⼈化”看似成为必然趋势。从开始的“全球鹰”让⽆⼈机担任侦查等任务，到X-47B

⽆⼈航空母舰战⽃机，⽆⼈的趋势⽇益明显。近年来，中国的⽆⼈机发展是⼗分迅速的，中国以发展出了从⽆⼈直升机到⽆⼈侦察机的多种类的⽆⼈机群。⽆⼈机的优势⼗分明显，⼀，可以减⼩伤亡。

⼆，由于⽆⼈，也不需要⽣命保障系统，减少⼤量重量，提⾼机动性，可以完成⼤过载动作，也可以装在更多武器和设备。三，成本更低，因为有⼈机的⽣命保障系统的成本是很⾼的。四，可以设计跟完美的⽓动外形⽽不⽤考虑⼈的问题。七、空⽓动⼒学可能的发展趋势

航空空⽓动⼒学的主要推动⼒量是军事政治形势的需要，使空⽓动⼒学从低速到超⾳速再到⾼超⾳速，直到把飞机送⼊外层空间。所以，我们可以看到，未来的空⽓动⼒学是研究⾼速⾼空的⼀个学科。那样的⽓体流动更复杂，更难以掌握，所以，未来的空⽓动⼒学需要⼤型风动与性能不俗的⼤型计算机相结合来获得，处理，分析庞⼤的数据。

此外，由于⾼速的运动，必然会有磁场和热学的进⼊，所以，⽇后的空⽓动⼒学将是⼀个由多个学科交叉组成的学科。并且由于研究的深⼊，学科的细化是必然的，⽐如理论研究，⽐如现实中实际应⽤的研究等不可能由单⽅⾯⼒量完成，以后的空⽓动⼒学的研究将趋近⼤型化系统化。⼋、总结

从莱特兄弟发明飞机开始，到F-22独霸天空，我们看到空⽓动⼒学和航空⼯业的密切联系，空⽓动⼒学与航空的相互促进共同发展让世界发⽣了很⼤的变化，世界变⼩了，⼈们的⽣活空间从⼆维变为了三维，相信未来的航空⼯业在空⽓动⼒学的引导下会创造更多的奇迹，让我们的⽣活更加丰富精彩。参考⽂献

[1] 谢础，贾⽟红，2008,航空航天技术概论，北京：北京航空航天⼤学出版社.[2] 李业惠，2007, 飞机发展史，北京：航空⼯业出版社.[3] 丁光宏，2000, ⼒学与现代⽣活，上海：复旦⼤学出版社

[4] M·J·左克罗，J·D·霍夫曼，1984，⽓体动⼒学，北京：国防⼯业出版社.[5]章正瑜，1995,空⽓动⼒学的发展趋势，沈阳：沈阳航空⽓动⼒研究所