本书以空气流动的基本规律为线索，围绕流体力学、空气动力学基本原理与方法，讨论了空气动力学及其在航空工程应用中的相关内容。主要内容包括：流体性质和流体静力学；流体力学基本方程；理想流体位流理论；超声速流动理论基础；粘性流动的理论基础；翼型与机翼的低速、亚声速、超/跨声速气动特性；全机的空气动力特性；计算流体力学的相关方法与技术；相似性理论与量纲分析方法以及风洞试验的基础知识。
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国家重点研发计划项目"飞机结冰致灾与防护关键基础问题研究（2015CB755800）"的课题二"结冰条件下空气动力学和飞行力学特性及对飞行安全影响机理研究"的负责人
目录
前言
第1章流体性质和流体静力学1
1.1流体及其连续介质假设1
1.1.1流体1
1.1.2流体的连续介质假设1
1.2流体的主要物理性质2
1.2.1流体的主要表征参数2
1.2.2流体的压缩性3
1.2.3流体的粘性4
1.2.4流体的传热性8
1.3流体的模型化9
1.3.1理想流体9
1.3.2不可压缩流体9
1.4流体静力学10
1.4.1作用在流体上的力10
1.4.2静止流体中的应力特性10
1.4.3流体静力学平衡微分方程11
1.4.4在重力作用下流体内部的压力13
1.4.5静止流体对平面壁的作用力17
1.5国际标准大气19
1.5.1大气分层19
1.5.2国际标准大气20
习题23
第2章流体力学基本方程27
2.1流体的运动27
2.1.1描述方法27
2.1.2迹线、流线及流管32
2.1.3流体微团运动分析34
2.2雷诺输运方程41
2.2.1系统与控制体的定义41
2.2.2雷诺输运方程的推导42
2.3连续方程44
2.4动量方程46
2.4.1理想流体的动量方程48
2.4.2实际流体的动量方程49
2.5能量方程52
2.5.1系统能量方程52
2.5.2积分形式的能量方程53
2.5.3微分形式的能量方程54
2.6一维定常流动的基本方程56
2.6.1连续方程57
2.6.2动量方程58
2.7伯努利方程简介60
2.7.1理想流体的伯努利方程61
2.7.2实际流体的伯努利方程64
2.7.3伯努利方程在工程测量中的应用64
习题68
第3章理想流体位流理论72
3.1理想流体的无旋运动和速度位函数72
3.1.1理想流体的无旋运动72
3.1.2理想流体无旋流动的速度位函数74
3.2流体的有旋运动和旋涡76
3.2.1粘性旋涡运动的基本概念76
3.2.2旋涡运动的数学描述78
3.2.3存在于理想流体中旋涡的基本特征80
3.2.4旋涡对理想流体的诱导速度81
3.3二维定常不可压位流84
3.3.1二维定常不可压位流的流函数84
3.3.2二维定常不可压位流基本方程及边界条件86
3.3.3二维定常不可压位流的叠加原理87
3.3.4几种典型的二维定常不可压位流88
3.3.5几种典型的二维定常不可压位流叠加及其气动含义97
3.4二维定常可压位流104
3.4.1二维定常可压位流的基本方程和边界条件104
3.4.2线化理论105
习题109
第4章超声速流动理论基础112
4.1流体的热力学特性112
4.1.1热力学第一定律112
4.1.2热力学第二定律113
4.1.3完全气体假设和状态方程114
4.2声速和马赫数116
4.2.1声速116
4.2.2马赫数及其与压缩性的关系118
4.3马赫波与膨胀波119
4.3.1弱扰动在流场中的传播119
4.3.2马赫波121
4.3.3膨胀波124
4.4激波127
4.4.1正激波的形成与传播128
4.4.2正激波前、后气流参数的关系130
4.4.3激波阻力134
习题135
第5章粘性流动的理论基础136
5.1层流与湍流136
5.1.1雷诺实验136
5.1.2雷诺数和临界雷诺数137
5.1.3湍流变量的描述方法139
5.1.4光滑与粗糙的概念141
5.2附面层143
5.2.1附面层流动特性143
5.2.2层流附面层和湍流附面层144
5.2.3附面层的转捩现象145
5.2.4附面层的分离现象148
5.3附面层对流动的影响149
5.3.1通道尺寸149
5.3.2摩擦阻力152
5.3.3压差阻力160
5.4二维不可压条件下平面附面层微分方程161
5.4.1二维不可压流动的N-S方程161
5.4.2坐标与方程的特征变换162
5.4.3二维平面附面层的N-S方程162
5.4.4定常层流附面层问题的求解163
5.5湍流流动的控制方程164
5.5.1湍流时均法的计算法则164
5.5.2湍流的连续方程164
5.5.3湍流运动的雷诺方程165
5.5.4雷诺方程与运动方程的比较166
5.5.5湍流模型简介166
习题167
第6章翼型的低速气动特性169
6.1翼型的主要参数170
6.1.1翼型的几何参数170
6.1.2翼型迎角和空气动力系数171
6.2库塔-茹科夫斯基后缘条件172
6.2.1理想不可压流绕翼型流动172
6.2.2环量的产生和后缘条件的关系173
6.3低速薄翼型理论174
6.3.1流动的线化分解174
6.3.2迎角-弯度气动模型177
6.3.3低速薄翼型的气动特性分析180
6.4任意翼型的低速气动特性182
6.4.1升力特性182
6.4.2翼型低速绕流分离特性183
6.4.3力矩特性185
6.4.4压心位置和焦点位置185
6.4.5阻力特性和极曲线186
习题188
第7章机翼的低速气动特性189
7.1机翼的主要参数189
7.1.1机翼的几何参数189
7.1.2机翼的空气动力系数191
7.2大展弦比直机翼低速气动特性192
7.2.1绕流流态及特点分析193
7.2.2气动模型的升力线假设193
7.2.3升力线理论195
7.2.4低速大展弦比直机翼的失速特性203
7.3后掠翼低速气动特性205
7.3.1无限翼展斜置翼的气动特性205
7.3.2后掠翼的低速气动特性207
7.4三角翼低速气动特性210
7.4.1低速绕流特点211
7.4.2脱体涡的法洗效应和切洗效应212
7.4.3三角翼的低速气动特性213
习题214
第8章翼型与机翼的亚声速气动特性216
8.1基于马赫数的流动分类216
8.2翼型的亚声速气动特性217
8.2.1绕流特点217
8.2.2翼型的亚声速气动特性219
8.3机翼的亚声速气动特性223
8.3.1相应机翼形状之间的变换223
8.3.2机翼的亚声速相似律224
8.4高亚声速问题的改进方法226
8.5临界马赫数的估算与讨论227
习题229
第9章翼型和机翼的超/跨声速气动特性230
9.1翼型的超声速气动特性230
9.1.1翼型的超声速绕流特点230
9.1.2薄翼型超声速气动特性的线化理论231
9.2机翼的超声速气动特性236
9.2.1基本概念236
9.2.2薄机翼超声速绕流特点239
9.2.3机翼的超声速相似律240
9.2.4超声速薄翼气动特性241
9.3翼型的跨声速气动特性244
9.3.1局部激波产生和发展244
9.3.2翼型的跨声速气动特性245
9.4机翼的跨声速气动特性248
9.4.1薄翼跨声速相似律248
9.4.2小展弦比机翼阻力特性比较248
习题249
第10章全机的空气动力特性250
10.1机身的几何参数与绕流特点250
10.1.1机身的几何参数250
10.1.2机身的绕流特点251
10.2机身的气动特性252
10.2.1机身摩擦阻力系数252
10.2.2头部压差阻力系数253
10.2.3尾部压差阻力系数255
10.2.4底部阻力系数256
10.3机身-机翼-尾翼组合体的气动特性257
10.3.1机身-机翼-尾翼组合体的几何参数257
10.3.2机翼和机身之间的干扰对气动特性的影响258
10.3.3机翼机身对尾翼的干扰262
10.4全机的气动特性263
10.4.1升力特性263
10.4.2阻力特性264
10.4.3飞机极曲线265
习题265
第11章计算流体力学初步266
11.1综述266
11.2网格及其生成方法267
11.2.1结构网格生成方法268
11.2.2非结构网格生成方法269
11.3有限差分法与有限元法270
11.3.1有限差分法270
11.3.2有限元法272
11.4有限体积法275
11.4.1通用控制方程的积分275
11.4.2二维问题的控制体276
11.4.3常用的插值格式276
11.4.4对流-扩散方程的控制体积分277
11.4.5二维流动问题控制方程的离散与求解278
11.5算例介绍281
11.5.1翼型281
11.5.2飞机模型281
习题284
第12章相似性理论与量纲分析287
12.1流动相似性原理287
12.1.1流体力学的相似条件288
12.1.2牛顿相似定律290
12.1.3相似准则290
12.1.4相似准则在试验中的应用293
12.2量纲分析295
12.2.1量纲295
12.2.2物理方程的量纲一致性296
12.2.3.定理298习题300第13章风洞试验技术简介302
13.1风洞在空气动力学研究中的地位与作用302
13.2风洞试验的优缺点及可靠性分析304
13.3风洞发展简史305
13.4风洞试验的主要类型308
13.4.1空气动力学的基础性研究308
13.4.2为飞行器设计提供新的布局技术308
13.4.3飞行器的生产试验308
13.4.4非航空航天的气动力试验310
13.5风洞的分类及各类风洞的基本特点310
13.5.1风洞的分类310
13.5.2各类风洞的特点311
13.5.3低速风洞313
13.5.4超声速风洞318
13.5.5高超声速风洞322
习题324
参考文献326
附录1希腊字母读音表327
附录2空气和水的属性328
附录3超声速气流绕外凸角流动数值表k=1.4 329
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