空气动力学基础

目录前言第1章流体性质和流体静力学11.1流体及其连续介质假设11.1.1流体11.1.2流体的连续介质假设11.2流体的主要物理性质21.2.1流体的主要表征参数21.2.2流体的压缩性31.2.3流体的粘性41.2.4流体的传热性81.3流体的模型化91.3.1理想流体91.3.2不可压缩流体91.4流体静力学101.4.1作用在流体上的力101.4.2静止流体中的应力特性101.4.3流体静力学平衡微分方程111.4.4在重力作用下流体内部的压力131.4.5静止流体对平面壁的作用力171.5国际标准大气191.5.1大气分层191.5.2国际标准大气20习题23第2章流体力学基本方程272.1流体的运动272.1.1描述方法272.1.2迹线、流线及流管322.1.3流体微团运动分析342.2雷诺输运方程412.2.1系统与控制体的定义412.2.2雷诺输运方程的推导422.3连续方程442.4动量方程462.4.1理想流体的动量方程482.4.2实际流体的动量方程492.5能量方程522.5.1系统能量方程522.5.2积分形式的能量方程532.5.3微分形式的能量方程542.6一维定常流动的基本方程562.6.1连续方程572.6.2动量方程582.7伯努利方程简介602.7.1理想流体的伯努利方程612.7.2实际流体的伯努利方程642.7.3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723.1理想流体的无旋运动和速度位函数723.1.1理想流体的无旋运动723.1.2理想流体无旋流动的速度位函数743.2流体的有旋运动和旋涡763.2.1粘性旋涡运动的基本概念763.2.2旋涡运动的数学描述783.2.3存在于理想流体中旋涡的基本特征803.2.4旋涡对理想流体的诱导速度813.3二维定常不可压位流843.3.1二维定常不可压位流的流函数843.3.2二维定常不可压位流基本方程及边界条件863.3.3二维定常不可压位流的叠加原理873.3.4几种典型的二维定常不可压位流883.3.5几种典型的二维定常不可压位流叠加及其气动含义973.4二维定常可压位流1043.4.1二维定常可压位流的基本方程和边界条件1043.4.2线化理论105习题109第4章超声速流动理论基础1124.1流体的热力学特性1124.1.1热力学**定律1124.1.2热力学第二定律1134.1.3完全气体假设和状态方程1144.2声速和马赫数1164.2.1声速1164.2.2马赫数及其与压缩性的关系1184.3马赫波与膨胀波1194.3.1弱扰动在流场中的传播1194.3.2马赫波1214.3.3膨胀波1244.4激波1274.4.1正激波的形成与传播1284.4.2正激波前、后气流参数的关系1304.4.3激波阻力134习题135第5章粘性流动的理论基础1365.1层流与湍流1365.1.1雷诺实验1365.1.2雷诺数和临界雷诺数1375.1.3湍流变量的描述方法1395.1.4光滑与粗糙的概念1415.2附面层1435.2.1附面层流动特性1435.2.2层流附面层和湍流附面层1445.2.3附面层的转捩现象1455.2.4附面层的分离现象1485.3附面层对流动的影响1495.3.1通道尺寸1495.3.2摩擦阻力1525.3.3压差阻力1605.4二维不可压条件下平面附面层微分方程1615.4.1二维不可压流动的N-S方程1615.4.2坐标与方程的特征变换1625.4.3二维平面附面层的N-S方程1625.4.4定常层流附面层问题的求解1635.5湍流流动的控制方程1645.5.1湍流时均法的计算法则1645.5.2湍流的连续方程1645.5.3湍流运动的雷诺方程1655.5.4雷诺方程与运动方程的比较1665.5.5湍流模型简介166习题167第6章翼型的低速气动特性1696.1翼型的主要参数1706.1.1翼型的几何参数1706.1.2翼型迎角和空气动力系数1716.2库塔-茹科夫斯基后缘条件1726.2.1理想不可压流绕翼型流动1726.2.2环量的产生和后缘条件的关系1736.3低速薄翼型理论1746.3.1流动的线化分解1746.3.2迎角-弯度气动模型1776.3.3低速薄翼型的气动特性分析1806.4任意翼型的低速气动特性1826.4.1升力特性1826.4.2翼型低速绕流分离特性1836.4.3力矩特性1856.4.4压心位置和焦点位置1856.4.5阻力特性和极*线186习题188第7章机翼的低速气动特性1897.1机翼的主要参数1897.1.1机翼的几何参数1897.1.2机翼的空气动力系数1917.2大展弦比直机翼低速气动特性1927.2.1绕流流态及特点分析1937.2.2气动模型的升力线假设1937.2.3升力线理论1957.2.4低速大展弦比直机翼的失速特性2037.3后掠翼低速气动特性2057.3.1无限翼展斜置翼的气动特性2057.3.2后掠翼的低速气动特性2077.4三角翼低速气动特性2107.4.1低速绕流特点2117.4.2脱体涡的法洗效应和切洗效应2127.4.3三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2168.1基于马赫数的流动分类2168.2翼型的亚声速气动特性2178.2.1绕流特点2178.2.2翼型的亚声速气动特性2198.3机翼的亚声速气动特性2238.3.1相应机翼形状之间的变换2238.3.2机翼的亚声速相似律2248.4高亚声速问题的改进方法2268.5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2309.1翼型的超声速气动特性2309.1.1翼型的超声速绕流特点2309.1.2薄翼型超声速气动特性的线化理论2319.2机翼的超声速气动特性2369.2.1基本概念2369.2.2薄机翼超声速绕流特点2399.2.3机翼的超声速相似律2409.2.4超声速薄翼气动特性2419.3翼型的跨声速气动特性2449.3.1局部激波产生和发展2449.3.2翼型的跨声速气动特性2459.4机翼的跨声速气动特性2489.4.1薄翼跨声速相似律2489.4.2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25010.1机身的几何参数与绕流特点25010.1.1机身的几何参数25010.1.2机身的绕流特点25110.2机身的气动特性25210.2.1机身摩擦阻力系数25210.2.2头部压差阻力系数25310.2.3尾部压差阻力系数25510.2.4底部阻力系数25610.3机身-机翼-尾翼组合体的气动特性25710.3.1机身-机翼-尾翼组合体的几何参数25710.3.2机翼和机身之间的干扰对气动特性的影响25810.3.3机翼机身对尾翼的干扰26210.4全机的气动特性26310.4.1升力特性26310.4.2阻力特性26410.4.3飞机极*线265习题265第11章计算流体力学初步26611.1综述26611.2网格及其生成方法26711.2.1结构网格生成方法26811.2.2非结构网格生成方法26911.3有限差分法与有限元法27011.3.1有限差分法27011.3.2有限元法27211.4有限体积法27511.4.1通用控制方程的积分27511.4.2二维问题的控制体27611.4.3常用的插值格式27611.4.4对流-扩散方程的控制体积分27711.4.5二维流动问题控制方程的离散与求解27811.5算例介绍28111.5.1翼型28111.5.2飞机模型281习题284第12章相似性理论与量纲分析28712.1流动相似性原理28712.1.1流体力学的相似条件28812.1.2牛顿相似定律29012.1.3相似准则29012.1.4相似准则在试验中的应用29312.2量纲分析29512.2.1量纲29512.2.2物理方程的量纲一致性29612.2.3.定理298习题300第13章风洞试验技术简介30213.1风洞在空气动力学研究中的地位与作用30213.2风洞试验的优缺点及可靠性分析30413.3风洞发展简史30513.4风洞试验的主要类型30813.4.1空气动力学的基础性研究30813.4.2为飞行器设计提供新的布局技术30813.4.3飞行器的生产试验30813.4.4非航空航天的气动力试验31013.5风洞的分类及各类风洞的基本特点31013.5.1风洞的分类31013.5.2各类风洞的特点31113.5.3低速风洞31313.5.4超声速风洞31813.5.5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