材料工程基礎(chǔ)-讀書(shū)報(bào)告

材料工程基礎(chǔ)——讀書(shū)報(bào)告基于專(zhuān)業(yè)的局限，可能關(guān)于流體力學(xué)的認(rèn)識(shí)有些膚淺，下列是我對(duì)流體力學(xué)的懂得與實(shí)例的分析。流體力學(xué)要緊研究在各類(lèi)力的作用下，流體本身的狀態(tài)，與流體與固體壁面、流體與流體間、流體與其他運(yùn)動(dòng)形態(tài)之間的相互作用的力學(xué)分支。流體力學(xué)是力學(xué)的一個(gè)分支。流體力學(xué)中研究得最多的流體是水與空氣。它的要緊基礎(chǔ)是牛頓運(yùn)動(dòng)定律與質(zhì)量守恒定律，常常還要用到熱力學(xué)知識(shí)，有的時(shí)候還用到宏觀電動(dòng)力學(xué)的基本定律、本構(gòu)方程與物理學(xué)、化學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)。除水與空氣以外，流體還指作為汽輪機(jī)工作介質(zhì)的水蒸氣、潤(rùn)滑油、地下石油、含泥沙的江水、血液、超高壓作用下的金屬與燃燒后產(chǎn)生成分復(fù)雜的氣體、高溫條件下的等離子體等等。氣象、水利的研究，船舶、飛行器、葉輪機(jī)械與核電站的設(shè)計(jì)及其運(yùn)行，可燃?xì)怏w或者炸藥的爆炸，與天體物理的若干問(wèn)題等等，都廣泛地用到流體力學(xué)知識(shí)。許多現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)所關(guān)心的問(wèn)題既受流體力學(xué)的指導(dǎo)，同時(shí)也促進(jìn)了它不斷地進(jìn)展。1950年后，電子計(jì)算機(jī)的進(jìn)展又給予流體力學(xué)以極大的推動(dòng)。流體力學(xué)是在人類(lèi)同自然界作斗爭(zhēng)與在生產(chǎn)實(shí)踐中逐步進(jìn)展起來(lái)的。古時(shí)中國(guó)有大禹治水疏通江河的傳說(shuō)；秦朝李冰父子帶領(lǐng)勞動(dòng)人民修建的都江堰，至今還在發(fā)揮著作用；大約與此同時(shí)，古羅馬人建成了大規(guī)模的供水管道系統(tǒng)等等。

20世紀(jì)初，飛機(jī)的出現(xiàn)極大地促進(jìn)了空氣動(dòng)力學(xué)的進(jìn)展。航空事業(yè)的進(jìn)展，期望能夠揭示飛行器周?chē)膲毫Ψ植?、飛行器的受力狀況與阻力等問(wèn)題，這就促進(jìn)了流體力學(xué)在實(shí)驗(yàn)與理論分析方面的進(jìn)展。20世紀(jì)初，以儒科夫斯基、恰普雷金、普朗克等為代表的科學(xué)家，開(kāi)創(chuàng)了以無(wú)粘不可壓縮流體位勢(shì)流理論為基礎(chǔ)的機(jī)翼理論，闡明了機(jī)翼如何會(huì)受到舉力，從而空氣能把很重的飛機(jī)托上天空。機(jī)翼理論的正確性，使人們重新認(rèn)識(shí)無(wú)粘流體的理論，確信了它指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)的重大意義。今天我要談的就是流體力學(xué)在飛機(jī)上的應(yīng)用。機(jī)翼理論與邊界層理論的建立與進(jìn)展是流體力學(xué)的一次重大進(jìn)展，它使無(wú)粘流體理論同粘性流體的邊界層理論很好地結(jié)合起來(lái)。隨著汽輪機(jī)的完善與飛機(jī)飛行速度提高到每秒50米以上，又迅速擴(kuò)展了從19世紀(jì)就開(kāi)始的，對(duì)空氣密度變化效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)與理論研究，為高速飛行提供了理論指導(dǎo)。機(jī)翼在使飛機(jī)升空飛行中的重要作用。飛機(jī)在飛行過(guò)程中受到四種作用力：升力----由機(jī)翼產(chǎn)生的向上作用力。重力----與升力相反的向下作用力，由飛機(jī)及其運(yùn)載的人員、貨物、設(shè)備的重量產(chǎn)生。推力----由發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的向前作用力。阻力----由空氣阻力產(chǎn)生的向后作用力，能使飛機(jī)減速。由此可見(jiàn)，機(jī)翼的要緊功用就是產(chǎn)生升力，以支持飛機(jī)在空中飛行。它為什么能產(chǎn)生升力呢？

首先要從飛機(jī)機(jī)翼具有特殊的剖面說(shuō)起，前面名詞解釋已提到，機(jī)翼橫斷面（橫向剖面）的形狀稱(chēng)之翼型，機(jī)翼剖面的集合特性與機(jī)翼的空氣動(dòng)力有密切的關(guān)系。從側(cè)面看，機(jī)翼頂部彎曲，而底部相對(duì)較平。機(jī)翼在空氣中穿過(guò)將氣流分隔開(kāi)來(lái)。一部分空氣從機(jī)翼上方流過(guò)，另一部分從下方流過(guò)。機(jī)翼產(chǎn)生升力的原因：空氣的流淌在日常生活中是看不見(jiàn)的，但低速氣流的流淌卻與水流有較大的相似性。日常的生活經(jīng)驗(yàn)告訴我們，當(dāng)水流以一個(gè)相對(duì)穩(wěn)固的流量流過(guò)河床時(shí)，在河面較寬的地方流速慢，在河面較窄的地方流速快。流過(guò)機(jī)翼的氣流與河床中的流水類(lèi)似，由于機(jī)翼通常是不對(duì)稱(chēng)的，上表面比較凸，而下表面比較平，流過(guò)機(jī)翼上表面的氣流就類(lèi)似于較窄地方的流水，流速較快，而流過(guò)機(jī)翼下表面的氣流正好相反，類(lèi)似于較寬地方的流水，流速較上表面的氣流慢。根據(jù)流體力學(xué)的基本原理，流淌慢的大氣壓強(qiáng)較大，而流淌快的大氣壓強(qiáng)較小，這樣機(jī)翼下表面的壓強(qiáng)就比上表面的壓強(qiáng)高，換一句話(huà)說(shuō)，就是大氣施加與機(jī)翼下表面的壓力(方向向上)比施加于機(jī)翼上表面的壓力(方向向下)大，二者的壓力差便形成了飛機(jī)的升力。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，飛機(jī)向前飛行得越快，機(jī)翼產(chǎn)生的氣動(dòng)升力也就越大。當(dāng)升力大于重力時(shí)，飛機(jī)就能夠向上爬升；當(dāng)升力小于重力時(shí)，飛機(jī)就能夠降低高度。當(dāng)飛機(jī)的機(jī)翼為對(duì)稱(chēng)形狀，氣流沿著機(jī)翼對(duì)稱(chēng)軸流淌時(shí)，由于機(jī)翼兩個(gè)表面的形狀一樣，因而氣流速度一樣，所產(chǎn)生的壓力也一樣，如今機(jī)翼不產(chǎn)生升力。但是當(dāng)對(duì)稱(chēng)機(jī)翼以一定的傾斜角（稱(chēng)之攻角或者迎角）在空氣中運(yùn)動(dòng)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)與非對(duì)稱(chēng)機(jī)翼類(lèi)似的流淌現(xiàn)象，使得上下表面的壓力不一致，從而也會(huì)產(chǎn)生升力。機(jī)翼升力的產(chǎn)生要緊靠上表面吸力的作用，而不是靠下表面正壓力的作用，通常機(jī)翼上表面形成的吸力占總升力的60-80%左右，下表面的正壓形成的升力只占總升力的20-40%左右。飛機(jī)飛行在空氣中會(huì)有各類(lèi)阻力，阻力是與飛機(jī)運(yùn)動(dòng)方向相反的空氣動(dòng)力，它阻礙飛機(jī)的前進(jìn)，這里我們也需要對(duì)它有所熟悉。按阻力產(chǎn)生的原因可分為摩擦阻力、壓差阻力、誘導(dǎo)阻力與干擾阻力。1.摩擦阻力——空氣的物理特性之一就是粘性。當(dāng)空氣流過(guò)飛機(jī)表面時(shí)，由于粘性，空氣同飛機(jī)表面發(fā)生摩擦，產(chǎn)生一個(gè)阻止飛機(jī)前進(jìn)的力，這個(gè)力就是摩擦阻力。摩擦阻力的大小，決定于空氣的粘性，飛機(jī)的表面狀況，與同空氣相接觸的飛機(jī)表面積。空氣粘性越大、飛機(jī)表面越粗糙、飛機(jī)表面積越大，摩擦阻力就越大。2.壓差阻力——人在逆風(fēng)中行走，會(huì)感到阻力的作用，這就是一種壓差阻力。這種由前后壓力差形成的阻力叫壓差阻力。飛機(jī)的機(jī)身、尾翼等部件都會(huì)產(chǎn)生壓差阻力。3.誘導(dǎo)阻力——升力產(chǎn)生的同時(shí)還對(duì)飛機(jī)附加了一種阻力。這種因產(chǎn)生升力而誘導(dǎo)出來(lái)的阻力稱(chēng)之誘導(dǎo)阻力，是飛機(jī)為產(chǎn)生升力而付出的一種“代價(jià)”。其產(chǎn)生的過(guò)程較復(fù)雜這里就不在詳訴。4.干擾阻力——它是飛機(jī)各部分之間因氣流相互干擾而產(chǎn)生的一種額外阻力。這種阻力容易產(chǎn)生在機(jī)身與機(jī)翼、機(jī)身與尾翼、機(jī)翼發(fā)動(dòng)機(jī)短艙、機(jī)翼與副油箱之間。影響升力與阻力的因素：升力與阻力是飛機(jī)在空氣之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)中（相對(duì)氣流）中產(chǎn)生的。影響升力與阻力的基本因素有：機(jī)翼在氣流中的相對(duì)位置（迎角）、氣流的速度與空氣密度與飛機(jī)本身的特點(diǎn)（飛機(jī)表面質(zhì)量、機(jī)翼形狀、機(jī)翼面積、是否使用襟翼與前緣翼縫是否張開(kāi)等）。1.迎角對(duì)升力與阻力的影響——相對(duì)氣流方向與翼弦所夾的角度叫迎角。在飛行速度等其它條件相同的情況下，得到最大升力的迎角，叫做臨界迎角。在小于臨界迎角范圍內(nèi)增大迎角，升力增大：超過(guò)臨界臨界迎角后，再增大迎角，升力反而減小。迎角增大，阻力也越大，迎角越大，阻力增加越多：超過(guò)臨界迎角，阻力急劇增大。2.飛行速度與空氣密度對(duì)升力阻力的影響——飛行速度越大升力、阻力越大。升力、阻力與飛行速度的平方成正比例，即速度增大到原先的兩倍，升力與阻力增大到原先的四倍：速度增大到原先的三倍，勝利與阻力也會(huì)增大到原先的九倍?？諝饷芏却?，空氣動(dòng)力大，升力與阻力自然也大?？諝饷芏仍龃鬄樵鹊膬杀叮εc阻力也增大為原先的兩倍，即升力與阻力與空氣密度成正比例。3，機(jī)翼面積，形狀與表面質(zhì)量對(duì)升力、阻力的影響——機(jī)翼面積大，升力大，阻力也大。升力與阻力都與機(jī)翼面積的大小成正比例。機(jī)翼形狀對(duì)升力、阻力有很大影響，從機(jī)翼切面形狀的相對(duì)厚度、最大厚度位置、機(jī)翼平面形狀、襟翼與前緣翼縫的位置到機(jī)翼結(jié)冰都對(duì)升力、阻力影響較大。還有飛機(jī)表面光滑與否對(duì)摩擦阻力也會(huì)有影響，飛機(jī)表面相對(duì)光滑，阻力相對(duì)也會(huì)較小，反之則大.。機(jī)翼的剖面如下圖：向上的氣流較快，根據(jù)"白努利定律"流速快的流體壓力較小，因此翼面會(huì)受向上的升力。附：飛機(jī)與滑翔機(jī)是如何在空中不下沉的？通過(guò)造機(jī)翼模型，并使它在空中升起，你就能找到答案。這將向你顯示運(yùn)動(dòng)的空氣是如何使飛行器與鳥(niǎo)類(lèi)飛行的。1.按圖示將紙折成兩半。一半稍比另一半小些。2.把紙翻過(guò)來(lái)把邊粘在一起。機(jī)翼的上部呈彎曲狀。3.用鍋筆在機(jī)翼的兩邊各扎一個(gè)小孔。在一個(gè)孔的上方對(duì)應(yīng)地扎出另一個(gè)孔。4.剪一小段吸管。剪下的吸管的長(zhǎng)度，要足夠能穿過(guò)機(jī)翼。5.把吸管穿過(guò)機(jī)翼上的孔，用膠帶固定。6.將細(xì)繩穿過(guò)吸管。7.將細(xì)繩系在某固定物體上，使機(jī)翼能上下移動(dòng)，用吹風(fēng)機(jī)吹