空氣動力學（第二版）

目錄
上篇　空氣動力學基礎
第1章　空氣動力學基礎知識　2
1.1　空氣動力學簡介　2
1.1.1　空氣動力學的基本任務　2
1.1.2　空氣動力學的研究方法　3
*1.1.3　空氣動力學的發(fā)展概述　3
1.2　流體介質(zhì)　4
1.2.1　連續(xù)介質(zhì)假設　5
1.2.2　控制體　5
1.2.3　流體微團　6
1.2.4　常用流體參數(shù)的定義　6
1.2.5　氣體的狀態(tài)方程　7
1.2.6　壓縮性、黏性和傳熱性　7
1.2.7　流體的模型化　10
1.3　氣動力和氣動力矩　12
1.3.1　升力、阻力和力矩　12
1.3.2　氣動力（矩）系數(shù)　15
1.4　矢量和積分知識　17
*1.4.1　矢量代數(shù)　17
*1.4.2　典型的正交坐標系　18
*1.4.3　標量場和矢量場　20
*1.4.4　標量積和矢量積　20
1.4.5　梯度算子　21
1.4.6　標量場的梯度　21
1.4.7　矢量場的散度　22
1.4.8　矢量場的旋度　23
1.4.9　線積分　23
1.4.10　面積分　24
1.4.11　體積分　24
1.4.12　三個積分定理　25
*1.5　愛因斯坦求和約定　25
1.5.1　指標與求和約定　25
1.5.2　克羅內(nèi)克符號　26
1.5.3　排列符號　26
1.6　物質(zhì)導數(shù)　27
1.7　速度散度的物理意義　28
習題　31
第2章　流體運動基本方程和基本規(guī)律　33
2.1　連續(xù)方程　33
2.1.1　微分形式的連續(xù)方程　33
2.1.2　積分形式的連續(xù)方程　34
2.2　動量方程　38
*2.2.1　微分形式的動量方程　39
2.2.2　積分形式的動量方程　41
2.3　能量方程　44
*2.3.1　微分形式的能量方程　45
2.3.2　積分形式的能量方程　50
*2.4　N-S方程和兩種特殊的流動　52
2.4.1　N-S方程　52
2.4.2　兩種特殊的流動　53
2.5　流體微團運動分析　56
2.5.1　流場的跡線和流線　56
2.5.2　角速度和角變形率　59
2.5.3　流函數(shù)和速度位　63
2.6　旋渦運動　67
2.6.1　渦線、渦管以及旋渦強度　67
2.6.2　速度環(huán)量和斯托克斯定理　68
2.6.3　畢奧-薩伐爾定律及直線渦的誘導速度　71
2.6.4　亥姆霍茲旋渦定理　72
習題　73
第3章　不可壓無黏流　75
3.1　伯努利方程及其應用　75
3.1.1　無旋流動中的積分　75
3.1.2　有旋流動中的積分　79
3.2　理想不可壓無旋流動的控制方程　80
3.3　拉普拉斯方程的基本解　81
3.3.1　直勻流　82
3.3.2　點源　82
3.3.3　點渦　83
3.3.4　偶極子　84
3.4　基本解疊加　86
3.4.1　直勻流疊加點源　86
3.4.2　直勻流疊加軸向逆流的偶極子　89
3.5　繞圓柱的有環(huán)量流動和庫塔-茹科夫斯基升力定理　91
3.5.1　繞圓柱的有環(huán)量流動　91
3.5.2　庫塔-茹科夫斯基升力定理　93
習題　96
第4章　低速黏流和邊界層流動基礎　98
4.1　邊界層概念　98
4.1.1　雷諾數(shù)　98
4.1.2　邊界層　98
4.2　黏流的基本特性　101
4.2.1　物面上無滑移　101
4.2.2　黏性摩擦阻力和黏性壓差阻力　102
4.2.3　機械能耗散和黏滯氣動熱　103
4.2.4　層流和紊流　103
4.2.5　流動分離　106
4.3　邊界層流動　110
4.3.1　邊界層內(nèi)壓強分布特點　110
*4.3.2　平面邊界層流動的方程　110
*4.3.3　低速平板邊界層　111
4.3.4　邊界層分離　116
習題　117
第5章　高速可壓流動　118
5.1　熱力學基礎　118
5.1.1　內(nèi)能和焓　118
5.1.2　熱力學第一定律和比熱　119
5.1.3　熱力學第二定律和熵　120
5.2　一維等熵絕熱流　121
5.2.1　聲速　121
5.2.2　能量方程　122
5.2.3　參數(shù)間的基本關(guān)系式　122
5.3　馬赫波與膨脹波　125
5.3.1　小擾動與馬赫錐　125
5.3.2　馬赫波　126
5.3.3　膨脹波　128
5.4　正激波　133
5.4.1　正激波與基本方程組　133
5.4.2　普朗特激波公式　134
5.4.3　正激波前后流動參數(shù)的關(guān)系式　135
5.4.4　蘭金-于戈尼奧方程　136
5.5　斜激波　137
5.5.1　平面斜激波前后流動參數(shù)的關(guān)系式　137
*5.5.2　激波圖線及其用法　138
*5.5.3　弱斜激波的熵增及參數(shù)近似關(guān)系式　142
5.6　高速可壓邊界層初步知識　143
*5.6.1　Crocco流　143
*5.6.2　物面恢復溫度和復溫系數(shù)　145
5.6.3　激波與邊界層的相互干擾　146
5.7　拉瓦爾噴管與超聲速風洞　148
5.7.1　馬赫數(shù)隨管流截面面積的變化　148
5.7.2　拉瓦爾噴管　149
5.7.3　超聲速風洞　150
習題　152
下篇　飛行器空氣動力學
第6章　低速翼型的氣動特性　156
6.1　翼型的幾何參數(shù)　156
6.1.1　幾何弦長　156
6.1.2　翼型表面無量綱坐標　157
6.1.3　彎度　157
6.1.4　厚度　157
6.1.5　前緣鈍度與后緣尖銳度　157
6.1.6　常用低速翼型編號法簡介　158
6.2　低速翼型繞流的特點和啟動渦　159
6.2.1　平面繞角低速無黏流動　159
6.2.2　低速翼型繞流的特點　160
6.2.3　啟動渦　162
6.3　速度環(huán)量的確定和庫塔-茹科夫斯基后緣條件　164
6.4　薄翼型理論　166
6.4.1　流動的分解　166
6.4.2　迎角-彎板問題　169
6.4.3　厚度問題　176
*6.5　任意翼型位流解法　177
6.5.1　保角變換法　178
6.5.2　面元法　180
6.6　低速翼型的一般氣動特性　181
6.6.1　翼型表面壓強分布　182
6.6.2　翼型升力特性　182
6.6.3　翼型力矩特性　184
6.6.4　翼型的壓心和焦點　185
6.6.5　翼型的阻力特性　185
習題　186
第7章　低速機翼的氣動特性　188
7.1　機翼的幾何參數(shù)　188
7.1.1　平面形狀和平面幾何參數(shù)　188
7.1.2　幾何扭轉(zhuǎn)角　190
7.1.3　上（下）反角　190
7.2　機翼的自由尾渦　190
7.3　大展弦比直機翼繞流的氣動模型與升力線理論　191
7.3.1　氣動模型和升力線假設　191
7.3.2　升力線理論　192
*7.4　升力面理論及渦格法　203
7.4.1　升力面理論　203
7.4.2　渦格法　205
7.5　低速機翼的一般氣動特性　207
7.5.1　剖面升力系數(shù)展向分布　207
7.5.2　升力特性　208
7.5.3　縱向力矩特性　209
7.5.4　阻力特性　210
習題　213
第8章　亞聲速翼型和機翼的氣動特性　215
8.1　定常等熵可壓位流的速度位方程　215
8.2　小擾動線化理論　216
8.2.1　速度位方程的線化　217
8.2.2　壓強系數(shù)的線化　218
8.2.3　邊界條件的線化　219
8.3　亞聲速流中薄翼型的氣動特性　220
8.3.1　線性控制方程的普朗特-格勞特變換　220
8.3.2　邊界條件的變換　221
8.3.3　相應薄翼型之間的變換　221
8.3.4　翼型上對應點壓強系數(shù)之間的關(guān)系　221
8.3.5　薄翼型的氣動特性　222
8.4　亞聲速薄機翼的氣動特性及對氣動特性的影響　223
8.4.1　相應機翼形狀之間的變換　223
8.4.2　薄機翼的升力和俯仰力矩特性　223
8.4.3　對機翼氣動特性的影響　228
習題　229
第9章　超聲速線化理論及跨聲速、高超聲速繞流初步知識　230
9.1　超聲速薄翼型繞流　230
9.2　超聲速薄翼型繞流線化理論　231
9.2.1　超聲速線化理論中翼面上的壓強系數(shù)　231
9.2.2　一級近似理論壓強系數(shù)分析　234
9.2.3　一級近似理論壓強系數(shù)的疊加法　235
9.2.4　一級近似理論薄翼型的氣動特性　237
9.2.5　二級近似理論簡述　245
9.3　薄機翼超聲速繞流的基本概念　246
9.3.1　前馬赫錐與后馬赫錐　246
9.3.2　前緣、后緣和側(cè)緣　247
9.3.3　二維流區(qū)與三維流區(qū)　248
9.3.4　有限翼展薄機翼的繞流特性　249
*9.3.5　錐形流場概念　250
9.4　跨聲速繞流　251
9.4.1　翼型的臨界馬赫數(shù)　251
9.4.2　薄翼型繞流的氣動特性　252
9.4.3　機翼主要幾何參數(shù)對氣動特性的影響　255
*9.4.4　機翼氣動特性的相似參數(shù)　258
9.4.5　超臨界翼型　258
9.5　高超聲速繞流初步知識　260
9.5.1　高超聲速繞流的新特征　260
*9.5.2　高超聲速理想流體繞流的激波關(guān)系式　264
習題　266
第10章　計算流體力學初步知識　268
10.1　網(wǎng)格生成技術(shù)簡介　268
10.1.1　結(jié)構(gòu)網(wǎng)格　269
10.1.2　非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格　274
*10.1.3　直角坐標網(wǎng)格　277
*10.2　N-S方程數(shù)值解法基礎　278
10.2.1　有限差分方法　278
10.2.2　有限體積方法　278
10.2.3　有限元方法　279
10.2.4　算例　280
習題　281　
參考文獻　282