動(dòng)態(tài)空氣動(dòng)力學(xué)研究對(duì)飛行安全水平的影響

呂莉莉，呂寶軍

中航工業(yè)陜飛設(shè)計(jì)研究院， 陜西漢中 723213

空氣動(dòng)力學(xué)研究對(duì)航空航天事業(yè)發(fā)展有重要意義。空氣動(dòng)力學(xué)研究成果是飛機(jī)飛行的重要保障?？諝鈩?dòng)力學(xué)作為力學(xué)的一個(gè)分支，對(duì)該方面的研究曾備受關(guān)注。航空事業(yè)在一個(gè)國(guó)家的綜合實(shí)力方面占據(jù)重要位置。僅從航空運(yùn)輸業(yè)來說，大大提高了國(guó)內(nèi)的運(yùn)輸效率。但國(guó)內(nèi)航空運(yùn)輸事業(yè)在實(shí)踐中暴露出許多問題。例如：就民航運(yùn)輸業(yè)來說，航班晚點(diǎn)、誤點(diǎn)的事情頻繁發(fā)生。不僅嚴(yán)重影響了民航企業(yè)的社會(huì)影響，還給人人生活帶來極大不便。近幾年關(guān)于民航運(yùn)輸方面的消費(fèi)投訴是居高不下。國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)對(duì)航空運(yùn)輸?shù)男枰瞾碓礁?，?duì)航空運(yùn)輸企業(yè)的服務(wù)水平要求也越來越高。在這樣的背景下，重視動(dòng)態(tài)空氣動(dòng)力學(xué)研究對(duì)保障國(guó)內(nèi)運(yùn)輸機(jī)的飛行安全和穩(wěn)定性有重要意義。

1 空氣動(dòng)力學(xué)研究現(xiàn)狀及存在問題

重視空氣動(dòng)力學(xué)研究對(duì)運(yùn)輸機(jī)飛機(jī)安全有重要意義。這也是世界各國(guó)不斷重視航空空氣動(dòng)力學(xué)研究的主要原因。研究國(guó)內(nèi)空氣動(dòng)力學(xué)研究的現(xiàn)狀及問題是非常關(guān)鍵的。

1）所謂空氣動(dòng)力學(xué)是以研究空氣和其他氣體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，以及運(yùn)動(dòng)物體與空氣相互作用的科學(xué)?？諝鈩?dòng)力學(xué)的應(yīng)用及其廣泛，例如：飛機(jī)、人造衛(wèi)星、載人飛船等等?？諝鈩?dòng)力學(xué)是飛機(jī)飛行的基礎(chǔ)，人類第一架飛機(jī)就是在早期空氣動(dòng)力學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用上形成的?？諝鈩?dòng)力學(xué)也是在不斷研究的基礎(chǔ)上建立起來的。最早是空氣的環(huán)量和升力理論和空氣邊界層理論，正是該理論研究成果使飛機(jī)飛行成為了現(xiàn)實(shí)。其次，是壓縮氣體動(dòng)力學(xué)理論和超聲速流理論，實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)超音速飛行。正是該理論研究的基礎(chǔ)上研發(fā)了第一代噴氣戰(zhàn)斗機(jī)。空氣動(dòng)力學(xué)理論發(fā)展迅速，對(duì)航空事業(yè)技術(shù)的革新有重要意義。但不得不關(guān)注到空氣動(dòng)力學(xué)研究的成果大多被應(yīng)用到軍用飛機(jī)技術(shù)的革新?？諝鈩?dòng)力學(xué)研究在民用航空飛行技術(shù)革新方面還不夠重視，大多民用運(yùn)輸飛機(jī)的技術(shù)革新也是在軍用技術(shù)革新之后；

2）國(guó)內(nèi)空氣動(dòng)力學(xué)研究起步較晚。1949 年解放前，國(guó)內(nèi)的空氣動(dòng)力學(xué)方面的研究幾乎為零。新中國(guó)成立后，為提升國(guó)家綜合國(guó)力政府極其重視航空事業(yè)的研究、發(fā)展。先后在成立了專門從事空氣動(dòng)力研究的研究所，并建立了各類中大型用于空氣動(dòng)力研究的地面模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)備。正是這個(gè)原因，國(guó)內(nèi)飛機(jī)、導(dǎo)彈、運(yùn)載火箭、衛(wèi)星和其他航天器等有了很大的發(fā)展。但與先進(jìn)發(fā)達(dá)國(guó)家相比，國(guó)內(nèi)在空氣動(dòng)力學(xué)方面的研究還是比較落后的。另外，空氣動(dòng)力學(xué)研究成果的應(yīng)用還有一定的局限。在相關(guān)設(shè)備的應(yīng)用設(shè)計(jì)、設(shè)備工藝生產(chǎn)等方面還存在一定的技術(shù)難點(diǎn)。最后，國(guó)內(nèi)的空氣動(dòng)力學(xué)研究主要以航空事業(yè)應(yīng)用為主，在航空載人飛船的研究方面發(fā)揮過重要作用，但在一般的航空運(yùn)輸機(jī)方面的應(yīng)用及研究則比較落后，主要集民間科研力量和引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)為主；

3）今后國(guó)內(nèi)航空事業(yè)將有更大發(fā)展，但同時(shí)也面臨了很多技術(shù)問題，反映出空氣動(dòng)力學(xué)研究還面臨著眾多問題。例如：飛機(jī)飛行過程中天氣變化無(wú)常，為了提高飛機(jī)的機(jī)動(dòng)性、敏捷性、安全性，解決動(dòng)態(tài)環(huán)境下的空氣動(dòng)力學(xué)研究是當(dāng)前急需解決的問題。另外，為適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，大型民用運(yùn)輸飛機(jī)將在未來社會(huì)中發(fā)揮重要作用。大型民用運(yùn)輸飛機(jī)廣泛應(yīng)用必須解決一些空氣動(dòng)力學(xué)問題如：減阻、降低氣動(dòng)噪聲的技術(shù)問題，縮短飛機(jī)起降距離的技術(shù)問題等等。

2 動(dòng)態(tài)空氣動(dòng)力學(xué)研究對(duì)國(guó)內(nèi)航空運(yùn)輸?shù)闹匾饬x

動(dòng)態(tài)空氣動(dòng)力學(xué)是熱門課題，也是眾多航空事業(yè)問題技術(shù)突破的關(guān)鍵。空氣動(dòng)力學(xué)研究是在理想狀態(tài)下的研究理論成果，但在實(shí)踐中運(yùn)輸機(jī)的飛行環(huán)境是隨時(shí)在變化的。動(dòng)態(tài)空氣動(dòng)力學(xué)的研究就是解決該課題的關(guān)鍵。

1）空氣動(dòng)力學(xué)研究積極推動(dòng)了航空運(yùn)輸相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。首先，空氣動(dòng)力學(xué)作為一門獨(dú)立的學(xué)科只有與其他學(xué)科綜合應(yīng)用才能對(duì)航空技術(shù)的革新有重要意義。例如：在航空飛機(jī)飛行過程中需要對(duì)空氣流動(dòng)情況隨時(shí)監(jiān)控，因此促進(jìn)激光、紅外、傳感、信息轉(zhuǎn)換和處理等技術(shù)的發(fā)展?？諝鉄釀?dòng)力學(xué)的研究還推動(dòng)了復(fù)合材料、離子應(yīng)用技術(shù)、新能源的發(fā)展。其次，空氣動(dòng)力學(xué)作為一門基礎(chǔ)學(xué)科，一直備受世界各國(guó)重視?？諝鈩?dòng)力學(xué)的應(yīng)用廣泛，而且各國(guó)在該學(xué)科的研究投入的人力、物力、財(cái)力都占據(jù)每年科研總投入的重要比例。例如：美國(guó)宇航局1992 年的科研投資經(jīng)費(fèi)中空氣動(dòng)力學(xué)占到了28.1%以上。一改之前對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)研究不重視的態(tài)度，其主要原因是預(yù)見到空氣動(dòng)力學(xué)研究對(duì)美國(guó)航空事業(yè)發(fā)展的重要推動(dòng)作用?，F(xiàn)代社會(huì)各國(guó)的競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)逐漸從地面上升到空中甚至太空，各國(guó)為搶占空中競(jìng)爭(zhēng)資源積極推動(dòng)空氣動(dòng)力學(xué)研究。俄羅斯就耗費(fèi)巨額資金建立國(guó)家級(jí)氣動(dòng)力研究實(shí)驗(yàn)基地。隨著空氣動(dòng)力學(xué)的不斷發(fā)展，航空運(yùn)輸飛機(jī)的生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、制造技術(shù)有了很大發(fā)展，運(yùn)輸飛機(jī)的飛行安全性有了很大提高；

2）空氣動(dòng)力學(xué)研究推動(dòng)了航空運(yùn)輸機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的不斷革新。發(fā)動(dòng)機(jī)是航空飛機(jī)飛行動(dòng)力的核心技術(shù)，也是空氣動(dòng)力學(xué)對(duì)航空事業(yè)的重要貢獻(xiàn)。國(guó)際飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的研究成果發(fā)展方向例如：渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、高效節(jié)能發(fā)動(dòng)機(jī)、先進(jìn)螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)等等，都是建立在空氣動(dòng)力學(xué)研究的基礎(chǔ)上。國(guó)際民用航空運(yùn)輸機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)革新已經(jīng)發(fā)展到第四代。世界各國(guó)在航空技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)領(lǐng)域主要集中在發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)方面。美國(guó)、俄羅斯國(guó)家在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)研發(fā)方面已經(jīng)占據(jù)世界先進(jìn)水平，日本在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)方面已有自己專利技術(shù)，并積極推動(dòng)大型民用機(jī)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)。印度自行研制雙轉(zhuǎn)子渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)在國(guó)際社會(huì)也有非常大的競(jìng)爭(zhēng)力。中國(guó)國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)水平有很大發(fā)展，但在民用飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)方面的研究還非常落后。受其影響，國(guó)內(nèi)民用飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)還主要依靠國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，成為國(guó)內(nèi)民用航空飛機(jī)技術(shù)突破的難點(diǎn)。究其主要原因還在于國(guó)內(nèi)民用飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)還集中在測(cè)繪仿制方面，沒有扎實(shí)的空氣動(dòng)力學(xué)研究基礎(chǔ)?？v觀國(guó)內(nèi)民用航空運(yùn)輸飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的歷史，重視空氣動(dòng)力學(xué)的研究是關(guān)鍵；

3）空氣動(dòng)力學(xué)研究的深度和廣度為航空運(yùn)輸機(jī)的技術(shù)發(fā)展帶來新的方向?？諝鈩?dòng)力學(xué)是力學(xué)的分支，其應(yīng)用的深度和廣度及其廣泛，例如：熱空氣力學(xué)、空氣阻力力學(xué)、空氣漩渦力學(xué)等等?？諝鈩?dòng)力學(xué)深度和廣度的研究推動(dòng)了航空技術(shù)的新發(fā)展，例如：大型飛機(jī)高升力裝置與減阻力學(xué)、高機(jī)動(dòng)飛行與大攻角氣動(dòng)力學(xué)、高超聲速飛行器空氣動(dòng)力學(xué)、微小型飛行器低雷諾數(shù)空氣動(dòng)力學(xué)、智能變形飛行器的空氣動(dòng)力學(xué)等等。該方面的力學(xué)研究對(duì)航空飛機(jī)的飛機(jī)設(shè)計(jì)、性能改良等有重要價(jià)值。也正是力學(xué)研究不斷發(fā)展的結(jié)合，拓展了航空運(yùn)輸飛機(jī)研究的新方向。

3 加強(qiáng)動(dòng)態(tài)空氣動(dòng)力學(xué)研究，提升我國(guó)飛行安全水平的策略

動(dòng)態(tài)空氣動(dòng)力學(xué)研究是提升航空飛行技術(shù)革新的基礎(chǔ)，技術(shù)的革新是保障飛機(jī)飛行安全的有效措施。因此，加強(qiáng)冬天的空氣動(dòng)力學(xué)研究，對(duì)提升國(guó)內(nèi)空氣飛行安全有重要意義?，F(xiàn)對(duì)該方面的研究提出以下幾點(diǎn)建議。

1）重視動(dòng)態(tài)空氣動(dòng)力學(xué)研究基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。動(dòng)態(tài)空氣力學(xué)研究需要有完善的實(shí)驗(yàn)室保障。雖然國(guó)內(nèi)也建立了幾家專門從事空氣動(dòng)力學(xué)研究所和大型地面模擬實(shí)驗(yàn)基地。但就國(guó)內(nèi)動(dòng)態(tài)力學(xué)研究實(shí)驗(yàn)的條件來說，與世界發(fā)達(dá)國(guó)家相比還很落后。基礎(chǔ)研究實(shí)驗(yàn)室條件的落后是影響國(guó)內(nèi)動(dòng)態(tài)空氣力學(xué)研究發(fā)展的重要方面。因此，重視動(dòng)態(tài)空氣動(dòng)力學(xué)研究首先要完善相關(guān)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)。重視基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室和相關(guān)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)基地的建設(shè)，要重視研究資金的投入。在實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)方面，積極與國(guó)際社會(huì)的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)接軌，提高國(guó)內(nèi)實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)水平，為保障空氣動(dòng)力學(xué)研究提供有效保障；

2）重視動(dòng)態(tài)空氣動(dòng)力學(xué)研究科研人才隊(duì)伍的建設(shè)?？蒲腥瞬攀菍?shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)空氣力學(xué)研究重大突破的關(guān)鍵，國(guó)內(nèi)力學(xué)科學(xué)發(fā)展主要是在新中國(guó)成立后，與國(guó)外世界上先進(jìn)發(fā)達(dá)國(guó)家的科學(xué)發(fā)展的成熟度相比，國(guó)內(nèi)力學(xué)科學(xué)發(fā)展基礎(chǔ)還比較薄弱。因此，重視動(dòng)態(tài)空氣力學(xué)研究科研人才隊(duì)伍的建設(shè)是非常關(guān)鍵的。力學(xué)研究人才的培養(yǎng)不是一朝一夕就能實(shí)現(xiàn)，在國(guó)內(nèi)重視相關(guān)學(xué)科的基礎(chǔ)建設(shè)，重視大學(xué)實(shí)驗(yàn)石建設(shè)，積極推動(dòng)力學(xué)專業(yè)人才的培養(yǎng)。另外，每年鼓勵(lì)力學(xué)專業(yè)到發(fā)達(dá)國(guó)家留學(xué)深造也是培養(yǎng)力學(xué)專業(yè)人才的有效措施。最后，從國(guó)外引進(jìn)專業(yè)科研人才支持空氣動(dòng)力學(xué)的發(fā)展。但培養(yǎng)國(guó)內(nèi)過硬的力學(xué)科研人才還是最關(guān)鍵的；

3）不斷完善國(guó)內(nèi)空氣動(dòng)力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)?？諝鈩?dòng)力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)體系的建立對(duì)實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)相關(guān)研究與國(guó)外科研成果接軌有重要意義。世界先進(jìn)發(fā)達(dá)國(guó)家的動(dòng)力力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)體系以美國(guó)、歐洲體系為代表。世界先進(jìn)發(fā)達(dá)國(guó)家的空氣動(dòng)力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)體系建立的比較完善，但國(guó)內(nèi)在相關(guān)體系方面的建設(shè)還很緩慢?？諝鈩?dòng)力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)體系的建立對(duì)促進(jìn)力學(xué)研究和相關(guān)資料查詢有重要幫助。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的空氣動(dòng)力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)有一定的局限性，而且標(biāo)準(zhǔn)文件少而單一。首先，明確國(guó)內(nèi)空氣力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)體系建立和完善的指導(dǎo)思想，對(duì)現(xiàn)有的空氣動(dòng)力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行一次系統(tǒng)的梳理，積極參考國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家完善的標(biāo)準(zhǔn)體系，實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)空氣動(dòng)力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)體系的完善和與國(guó)際接軌。其次，盡快成立在國(guó)內(nèi)具有廣泛代表性的空氣動(dòng)力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)。國(guó)內(nèi)空氣動(dòng)力學(xué)研究成果在民航運(yùn)輸機(jī)方面的應(yīng)用比較有效，其主要原因是國(guó)內(nèi)還沒有建立使用民間科研用的動(dòng)力學(xué)研究標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)。最后，重視標(biāo)準(zhǔn)體系委員會(huì)組織結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和相關(guān)經(jīng)費(fèi)的投入；

4）積極推動(dòng)國(guó)內(nèi)空氣動(dòng)力學(xué)研究在新領(lǐng)域的發(fā)展。航空運(yùn)輸在國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域中占有重要地位。為保障民航運(yùn)輸事業(yè)的發(fā)展，重視飛機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)的革新是非常必要的。國(guó)際上發(fā)達(dá)國(guó)家正積極推動(dòng)飛機(jī)技術(shù)革新，在空氣動(dòng)力學(xué)研究的新領(lǐng)域的研究越來越廣泛，當(dāng)前運(yùn)輸機(jī)技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)也集中在空氣動(dòng)力學(xué)研究的新領(lǐng)域。為實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)運(yùn)輸機(jī)技術(shù)在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中有一席之地，就必須重視空氣動(dòng)力學(xué)新領(lǐng)域的研究發(fā)展。例如：渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、高效節(jié)能發(fā)動(dòng)機(jī)、先進(jìn)螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)等新技術(shù)研究。另外，從運(yùn)輸機(jī)飛行安全水平的角度來說，運(yùn)輸機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)新技術(shù)應(yīng)用對(duì)提高飛機(jī)安全系數(shù)有重要保障。最后，隨著伴隨動(dòng)態(tài)空氣動(dòng)力學(xué)研究的深入開展，相關(guān)的技術(shù)也有了很大發(fā)展。例如：空氣氣流的隨時(shí)檢測(cè)、發(fā)動(dòng)機(jī)熱溫度的監(jiān)測(cè)、飛機(jī)對(duì)稱平衡性的監(jiān)測(cè)等等。相關(guān)新技術(shù)的深入應(yīng)用極大提高了飛機(jī)飛行的安全保障。計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、信息處理分析技術(shù)的應(yīng)用將動(dòng)態(tài)空氣動(dòng)力學(xué)研究和其他學(xué)科技術(shù)有效綜合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)依據(jù)動(dòng)態(tài)空氣動(dòng)力學(xué)研究成果對(duì)天氣變化、空氣流動(dòng)等做出及時(shí)分析，對(duì)運(yùn)輸飛機(jī)的飛行安全又多了一份有效保障。

4 結(jié)論

航空運(yùn)輸在國(guó)民經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中發(fā)揮了重要作用，作為保障國(guó)內(nèi)、國(guó)際運(yùn)輸?shù)闹匾煌üぞ?，保障運(yùn)輸機(jī)的飛行安全是實(shí)現(xiàn)航空運(yùn)輸事業(yè)順利進(jìn)行的關(guān)鍵。動(dòng)態(tài)空氣動(dòng)力學(xué)是航空飛機(jī)飛行的力學(xué)原理。因此，要推動(dòng)航空飛機(jī)飛行技術(shù)的革新，提高飛機(jī)飛行安全性指數(shù)就需要從基礎(chǔ)做起。加強(qiáng)動(dòng)態(tài)空氣動(dòng)力學(xué)研究，重視相關(guān)人才的培養(yǎng)和學(xué)科建設(shè)、實(shí)驗(yàn)研究基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等等都是保障航空飛行安全進(jìn)行的有效措施。

[1]梁勇.航空行業(yè)工藝標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)建策略[J].航空標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量，2006(8):29-32.

[2]張彥仲.中國(guó)直升機(jī)、運(yùn)輸機(jī)的未來發(fā)展[J].中國(guó)工程科學(xué)，2002，4(8).

[3]李峰.微型撲翼飛行器空氣動(dòng)力學(xué)研究進(jìn)展[J].華東交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2007(2).

[4]徐光明.空氣動(dòng)力學(xué)與航空飛行器[J].氣動(dòng)實(shí)驗(yàn)與測(cè)量控制，1990(7).

[5]田云.未來航空空氣動(dòng)力學(xué)的發(fā)展[J].航空科學(xué)技術(shù)，2006(12).