《空气动力学》教学大纲 课程名称：空气动力学 课程类别（必修选修）：选修 课程英文名称：Aerodynamics 总学时/周学时/学分：32/2/2 其中实验/实践学时：2 先体课程：工程流体力学、工程热力学 后续课程支撑：计算流体力学、燃烧学、压缩机技术 授课时间：周五(5-6节) 授课地点：松山湖校区6E-102 授课对象：2020级能源与动力工程专业1-2班 开课学院：化学工程与能源技术学院 任课教师姓名职称：陶实（副教授） 答聚时间、地点与方式： 1.课堂：每次上课的课前、课间和课后进行答疑：2课外：可直接到12L401办公室进行答疑：3.线上：建立微信课程群，实施线上答疑。 课程考核方式：开卷()闭卷（√）课程论文()其它（√） 使用教材：《空气动力学》，雷娟棉等，北京理工大学出版社，2016年： 教学参考资料： 《空气动力学基础》，曾明等，科学出版社，2018：《空气动力学》，吴子牛等，北京航空航天大学出版社，2018： 《空气动力学基础》，Anderson..J.D.,航空工业出版社，2010：流体中文网：流体力学精品课程网 课程简介： 本课程是能源与动力工程专业教学计划中的一门技术基础课，是选修课之一。本课程的目的和任务是使学生加深掌握流体力学基本知识和空气动力 学的基本概念、基本理论，以及解决空气动力学问题的基本方法和分析手段。本课程的内容包括空气动力学的基本概念、低速流动和可压缩无粘流动的 基本原理、一维定常管流、绕翼型和机翼的不可压缩流动的薄翼理论和有限翼理论、激波理论等。本课程的目的是为学生学习后续课程以及今后从事本 专业工程技术工作提供必须的空气动力学基础知识和理论。 课程数学目标及对单业要求指标点的支撑：
《空气动力学》教学大纲 课程名称： 空气动力学 课程类别（必修/选修）：选修 课程英文名称：Aerodynamics 总学时/周学时/学分：32 / 2 / 2 其中实验/实践学时：2 先修课程：工程流体力学、工程热力学 后续课程支撑： 计算流体力学、燃烧学、压缩机技术 授课时间： 周五（5-6 节） 授课地点：松山湖校区 6E-102 授课对象： 2020 级能源与动力工程专业 1-2 班 开课学院：化学工程与能源技术学院 任课教师姓名/职称：陶实（副教授） 答疑时间、地点与方式： 1.课堂：每次上课的课前、课间和课后进行答疑；2.课外：可直接到 12L401 办公室进行答疑；3.线上：建立微信课程群，实施线上答疑。 课程考核方式：开卷（）闭卷（√）课程论文（）其它（√） 使用教材：《空气动力学》，雷娟棉等，北京理工大学出版社，2016 年； 教学参考资料： 《空气动力学基础》，曾明等， 科学出版社，2018；《空气动力学》，吴子牛等，北京航空航天大学出版社，2018； 《空气动力学基础》， Anderson.J.D., 航空工业出版社，2010；流体中文网；流体力学精品课程网 课程简介： 本课程是能源与动力工程专业教学计划中的一门技术基础课，是选修课之一。本课程的目的和任务是使学生加深掌握流体力学基本知识和空气动力 学的基本概念、基本理论，以及解决空气动力学问题的基本方法和分析手段。本课程的内容包括空气动力学的基本概念、低速流动和可压缩无粘流动的 基本原理、一维定常管流、绕翼型和机翼的不可压缩流动的薄翼理论和有限翼理论、激波理论等。本课程的目的是为学生学习后续课程以及今后从事本 专业工程技术工作提供必须的空气动力学基础知识和理论。 课程教学目标及对毕业要求指标点的支撑：
课程教学目标 支撑毕业要求指标点 毕业要求 目标1： 1.2掌握用于解决能源与动力工程复杂 理解空气动力学的基本参数、基本准则。理解空气动力学 问题的工程基础知识。掌握专业必需的 1.工程知识：能够掌握数学、自然科学、工程基础 问题的处理和分析方法。熟悉低速流动、一维定常管流、 物理、化学、力学、计算机等自然科学 和专业知识，并将其应用于解决能源与动力工程领 绕翼型和机翼的不可压缩流动的薄翼理论和有限翼理论、 知识并运用其对能源动力领域中工程 域的复杂工程问题。 激波理论。 问题进行原理描述复杂工程问题。 目标2： 2.问题分析：能够运用数学、自然科学和能源与动 22能具备应用工程科学的基本原理和 掌握可压缩空气动力学的基本概念，掌握可压缩空气动力 力工程领域所涉及的基本原理和技术方法，进行能 学的基本定律方程及关系式。初步学握升力线理论、理解 技术方法对能源与动力工程复杂工程 源与动力工程领域中复杂问题的识别、表达、文献 问题进行表达与建模的能力。 升力产生的机理。 研究及分析，并获得明确结论。 目标3： 3.2了解能源动力领域前沿技术、发展 3.设计/开发解决方案：在能源与动力工程领域内 理解、熟练掌握并能初步应用空气动力学的基本知识、基 趋势、创新方法，能够对工程设计方案 能够设计针对复杂工程问题的解决方案，设计满足 本方程和方法分析解决能源专业相关的空气动力学问题， 进行比较、优化和开发，提出复杂工程 特定需求的系统、单元（部件）或工艺流程，并能 进行一般推理和进行初步的计算。 问题的解决方案时具有整体意识和创 够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、 新意识。 安全、文化以及环境等因素。 目标4： 5.1能够将计算机程序语言、CAD、能 5.使用现代工具：能够开发、选择与使用恰当的技 增强学生的基础理论水平，为学生学习后续课程储备必 源动力领域仿真模拟软件等现代工具， 术、资源、现代工程工具和信息技术工具，对能 的基础知识，训练学生的实验能力，培养学生实践能力。 应用于分析、模拟、设计能源动力领 源动力领域复杂工程问题进行预测、模拟、求解和 域相关设备及系统，并能够理解其局限 论证，并能够理解其局限性。 性。 理论散学进程表
课程教学目标 支撑毕业要求指标点 毕业要求 目标 1： 理解空气动力学的基本参数、基本准则。理解空气动力学 问题的处理和分析方法。熟悉低速流动、一维定常管流、 绕翼型和机翼的不可压缩流动的薄翼理论和有限翼理论、 激波理论。 1.2 掌握用于解决能源与动力工程复杂 问题的工程基础知识。掌握专业必需的 物理、化学、力学、计算机等自然科学 知识并运用其对能源动力领域中工程 问题进行原理描述复杂工程问题。 1. 工程知识：能够掌握数学、自然科学、工程基础 和专业知识，并将其应用于解决能源与动力工程领 域的复杂工程问题。 目标 2： 掌握可压缩空气动力学的基本概念，掌握可压缩空气动力 学的基本定律方程及关系式。初步掌握升力线理论、理解 升力产生的机理。 2.2 能具备应用工程科学的基本原理和 技术方法对能源与动力工程复杂工程 问题进行表达与建模的能力。 2. 问题分析：能够运用数学、自然科学和能源与动 力工程领域所涉及的基本原理和技术方法，进行能 源与动力工程领域中复杂问题的识别、表达、文献 研究及分析，并获得明确结论。 目标 3： 理解、熟练掌握并能初步应用空气动力学的基本知识、基 本方程和方法分析解决能源专业相关的空气动力学问题， 进行一般推理和进行初步的计算。 3.2 了解能源动力领域前沿技术、发展 趋势、创新方法，能够对工程设计方案 进行比较、优化和开发，提出复杂工程 问题的解决方案时具有整体意识和创 新意识。 3. 设计/开发解决方案：在能源与动力工程领域内 能够设计针对复杂工程问题的解决方案，设计满足 特定需求的系统、单元（部件）或工艺流程，并能 够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、 安全、文化以及环境等因素。 目标 4： 增强学生的基础理论水平，为学生学习后续课程储备必 的基础知识，训练学生的实验能力，培养学生实践能力。 5.1 能够将计算机程序语言、CAD、能 源动力领域仿真模拟软件等现代工具， 应用 于分析、模拟、设计能源动力领 域相关设备及系统，并能够理解其局限 性。 5. 使用现代工具：能够开发、选择与使用恰当的技 术、资源、现代工程工具和信 息技术工具，对能 源动力领域复杂工程问题进行预测、模拟、求解和 论证，并能够理解 其局限性。 理论教学进程表
授课教 学时 教学内容（重点、难点、课程思政融入 散学模式 周次 敏学主题 支撑课 师 数 点) 教学方法 作业安排 (线上/线下) 程目标 课后习题： 空气动力学的研究内容：声速和马赫数 1-6,1-8 的概念（重点）：扰动和马赫锥（难点）： 课程思政作业： 空气动力和力矩 课堂讲 每人阅读两篇与空 1 绪论 陶实 2 课程思政融入点：介绍空气动力学的演 线上 授、小组 气动力学发展有关 目标三 变过程及历代中国科学家在其中做出的 上台讨论 的文章或书籍。 巨大贡献，激发学生投身科学研究、科 能力培养作业 技报国的爱国精神。 完成跟本课程相关 英文文献翻译1篇。 课后习题： 系统与控制体（重点）：微分形式及积 2-1.2-4,2-8 分形式的连续方程：微分形式及积分形 式的动量方程（难点）：能量方程：欧 课程思政作业： 拉方程 结合日常生活中的 2.3 连续性方程 陶实 4 线上 课堂讲授 流体现象，每人找 目标一 课程思政融入点：结合流体的离散与连 续模型，介绍唯物辩证法对立与统一的 出两个能体现唯物 观点，培养学生采用唯物辩证法来理解 辩证法中对立与统 实际问题。 的例子。 速度势函数（重点）：势函数线性化（重 课堂讨论：与其他 势流理论 陶实 线上 课堂讲 目标二 点) 授、小组 学科的相关性
周次 教学主题 授课教 师 学时 数 教学内容（重点、难点、课程思政融入 点） 教学模式 （线上/线下） 教学方法 作业安排 支撑课 程目标 1 绪论 陶实 2 空气动力学的研究内容；声速和马赫数 的概念（重点）；扰动和马赫锥（难点）； 空气动力和力矩 课程思政融入点：介绍空气动力学的演 变过程及历代中国科学家在其中做出的 巨大贡献，激发学生投身科学研究、科 技报国的爱国精神。 线上 课堂讲 授、小组 上台讨论 课后习题： 1-6,1-8 课程思政作业： 每人阅读两篇与空 气动力学发展有关 的文章或书籍。 能力培养作业： 完成跟本课程相关 英文文献翻译 1 篇。 目标三 2-3 连续性方程 陶实 4 系统与控制体（重点）；微分形式及积 分形式的连续方程；微分形式及积分形 式的动量方程（难点）；能量方程；欧 拉方程 课程思政融入点：结合流体的离散与连 续模型，介绍唯物辩证法对立与统一的 观点，培养学生采用唯物辩证法来理解 实际问题。 线上 课堂讲授 课后习题： 2-1,2-4，2-8 课程思政作业： 结合日常生活中的 流体现象，每人找 出两个能体现唯物 辩证法中对立与统 一的例子。 目标一 4 势流理论 陶实 2 速度势函数（重点）；势函数线性化（重 点） 线上 课堂讲 授、小组 课堂讨论：与其他 学科的相关性。 目标二
上台讨论 课后习题： 5 维定常管流理论 陶实 2 维等熵流动（重点）：气体动力学函 线上 数（难点） 课堂讲授 目标三 3-2,3-4 收缩喷管和拉瓦尔 6 陶实 2 收缩喷管的流动状态（重点）：拉瓦尔 线上 课堂讲授 目标一 喷管 喷管)的特性（难点 课后思考题 课堂讲 摩擦管流（■点）：换热管流：加质管 7 非等熵管流 陶实 2 线下 授、小组 流的特性（难点） 课后思考题 目标一 上台讨论 库塔-茹可夫斯基升力定理（重点）：绕 课后习题： 8 升力定理 陶实 2 线下 课堂讲授 目标二 圆柱有环量的流动（难点） 4-10 膨胀波（重点）：膨胀波的反射与相交 课堂讲 课后习题： 9 膨胀波 陶实 2 线下 授、小组 目标三 (难点)：微弱压缩波 5-4 上台讨论 正激波（重点）：斜激波：激波的反射 10 激波 陶实 2 线下 课堂讲授 课后思考题 目标二 与相交（难点）：圆锥激波 黏性边界层的概念（重点）：边界层的 课堂讲 课后习题： 11-12 黏性边界层 陶实 线下 授、小组 目标二 厚度：平板边界层的解（难点）： 6-5 上台讨论 边界层的分离及现象（重点）：流动状 13 边界层的分离 陶实 线下 目标二 态对边界层分离的影响（难点） 课堂讲授 课后思考题
上台讨论 5 一维定 常 管 流理论 陶实 2 一维等熵流动 （重点 ）；气体动力学函 数 （ 难 点 ） 线上 课堂讲授 课后习题： 3-2,3-4 目标 三 6 收缩喷管 和拉瓦尔 喷管 陶实 2 收缩喷管的流动状态 （重点）；拉瓦尔 喷管 ）的特性 （ 难 点 线上 课堂讲授 课后思考 题 目标一 7 非等熵管 流 陶实 2 摩擦 管 流 （重点 ）；换热管流；加质 管 流的特性 （ 难 点 ） 线下 课堂讲 授、小组 上台讨论 课后思考 题 目标一 8 升力定理 陶实 2 库塔 - 茹可夫斯基升力定理 （重点 ） ； 绕 圆柱有环量的流动 （ 难 点 ） 线下 课堂讲授 课后习题： 4-10 目标 二 9 膨胀波 陶实 2 膨胀波 （重点 ） ；膨胀波的反射与相交 （ 难 点 ）；微弱压缩波 线下 课堂讲 授、小组 上台讨论 课后习题： 5-4 目标 三 10 激波 陶实 2 正激波 （重点 ） ； 斜 激波；激波的反射 与相交 （ 难 点 ）；圆锥激波 线下 课堂讲授 课后思考 题 目标二 11 -12 黏性边界层 陶实 4 黏性边界层的概念 （重点 ）；边界层的 厚度；平板边界层的解 （ 难 点 ） ； 线下 课堂讲 授、小组 上台讨论 课后习题： 6-5 目标 二 13 边界层的分离 陶实 2 边界层的分离 及现象 （重点 ） ；流动状 态对边界层分离的影响 （ 难 点 ） 线下 课堂讲授 课后思考 题 目标二
温度边界层和气动热（重点）：摩擦系 课堂讲 14 可压缩边界层 陶实 线下 目标三 数和热流密度（难点） 授、小组 课后思考题 上台讨论 翼型特性（重点）：翼面：升力线和升 课后习题： 15 翼型空气动力学 陶实 线下 课堂讲授 8-1 目标一 力面理论（难点） 课后思考题 合计 30 实我散学进程表 周次 项目类型（验证/综合 教学 支撑课 实验项目名称 授课敕师 学时 教学内容（置点、难点、课程思政融入点） /设计) 方式 程目标 验证不可压缩流体定常流的动量方程（重点）： 了解活塞式动量定律实验仪原理、构造，进 步启发与培养创造性思维的能力（难点）。 课程思政融入点：通过介绍不可压缩定常流动 不可压缩流体定常流动 16 陶实 2 量方程建立的曲折过程，引导学生细心观察、 综合 实验 目标四 量定律验证实验 勤于思考等做事态度：要求学生处理实验数据 必须坚持实事求实、严谨的科学态度：要求学 生实验过程中主动思考理论原理，在实验过程 中去验证实验原理，使理论与实践相辅相成。 合计 2
14 可压缩边界层 陶实 2 温度边界层和气动热（重点）；摩擦系 数和热流密度（难点） 线下 课堂讲 授、小组 上台讨论 课后思考题 目标三 15 翼型空气动力学 陶实 2 翼型特性（重点）；翼面；升力线和升 力面理论（难点） 线下 课堂讲授 课后习题： 8-1 课后思考题 目标一 合计 30 实践教学进程表 周次 实验项目名称 授课教师 学时 教学内容（重点、难点、课程思政融入点） 项目类型（验证/综合 /设计） 教学 方式 支撑课 程目标 16 不可压缩流体定常流动 量定律验证实验 陶实 2 验证不可压缩流体定常流的动量方程（重点）； 了解活塞式动量定律实验仪原理、构造，进一 步启发与培养创造性思维的能力（难点）。 课程思政融入点：通过介绍不可压缩定常流动 量方程建立的曲折过程，引导学生细心观察、 勤于思考等做事态度；要求学生处理实验数据 必须坚持实事求实、严谨的科学态度；要求学 生实验过程中主动思考理论原理，在实验过程 中去验证实验原理，使理论与实践相辅相成。 综合 实验 目标四 合计 2