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上篇 空气动力学基础2

第1章 空气动力学基础知识2

1.1 空气动力学简介2

1.1.1 空气动力学的基本任务2

1.1.2 空气动力学的研究方法3

1.1.3 空气动力学的发展概述3

1.2 流体介质4

1.2.1 连续介质假设5

1.2.2 控制体5

1.2.3 流体微团5

1.2.4 常用流体参数的定义6

1.2.5 气体的状态方程7

1.2.6 压缩性、黏性和传热性7

1.2.7 流体的模型化10

1.3 气动力和气动力矩12

1.3.1 升力、阻力和力矩12

1.3.2 气动力系数15

1.4 矢量和积分知识17

1.4.1 矢量代数17

1.4.2 典型的正交坐标系18

1.4.3 标量场和矢量场20

1.4.4 标量积和矢量积20

1.4.5 梯度算子21

1.4.6 标量场的梯度22

1.4.7 矢量场的散度23

1.4.8 矢量场的旋度23

1.4.9 线积分24

1.4.10 面积分24

1.4.11 体积分25

1.4.12 三个积分定理25

1.5 爱因斯坦求和约定25

1.5.1 指标与求和约定25

1.5.2 克罗内克δ符号26

1.5.3 排列符号26

1.6 物质导数27

1.7 速度散度的物理意义29

习题31

第2章 流体运动基本方程和基本规律33

2.1 连续方程33

2.1.1 微分形式的连续方程33

2.1.2 积分形式的连续方程34

2.2 动量方程38

2.2.1 微分形式的动量方程39

2.2.2 积分形式的动量方程41

2.3 能量方程44

2.3.1 微分形式的能量方程46

2.3.2 积分形式的能量方程50

2.4 N-S方程和两种特殊的流动52

2.4.1 N-S方程52

2.4.2 两种特殊的流动53

2.5 流体微团运动分析57

2.5.1 流场的迹线和流线57

2.5.2 角速度和角变形率60

2.5.3 流函数和速度位64

2.6 旋涡运动68

2.6.1 涡线、涡管以及旋涡强度69

2.6.2 速度环量和斯托克斯定理69

2.6.3 毕奥-萨伐尔定律及直线涡的诱导速度72

2.6.4 亥姆霍兹旋涡定理73

习题74

第3章 不可压无黏流76

3.1 伯努利方程及其应用76

3.1.1 无旋流动中的积分76

3.1.2 有旋流动中的积分80

3.2 不可压无旋流动的控制方程81

3.3 拉普拉斯方程的基本解83

3.3.1 直匀流83

3.3.2 点源83

3.3.3 点涡84

3.3.4 偶极子85

3.4 基本解叠加87

3.4.1 直匀流叠加点源87

3.4.2 直匀流叠加轴向逆流的偶极子90

3.5 绕圆柱的有环量流动和库塔-茹科夫斯基升力定理92

3.5.1 绕圆柱的有环量流动92

3.5.2 库塔-茹科夫斯基升力定理94

习题98

第4章 低速黏流和边界层流动基础100

4.1 边界层概念100

4.1.1 雷诺数100

4.1.2 边界层100

4.2 黏流的基本特性103

4.2.1 物面上无滑移103

4.2.2 黏性摩擦阻力和黏性压差阻力104

4.2.3 机械能耗散和黏滞气动热105

4.2.4 层流和紊流105

4.2.5 流动分离108

4.3 边界层流动112

4.3.1 边界层内压强分布特点112

4.3.2 平面边界层流动的方程112

4.3.3 低速平板边界层113

4.3.4 边界层分离118

习题120

第5章 高速可压流动121

5.1 热力学基础121

5.1.1 内能和焓121

5.1.2 热力学第一定律和比热122

5.1.3 热力学第二定律和熵123

5.2 一维等熵绝热流124

5.2.1 声速124

5.2.2 能量方程125

5.2.3 参数间的基本关系式125

5.3 马赫波与膨胀波128

5.3.1 小扰动与马赫锥128

5.3.2 马赫波129

5.3.3 膨胀波131

5.4 正激波135

5.4.1 正激波与基本方程组135

5.4.2 普朗特激波公式135

5.4.3 正激波前后流动参数的关系式136

5.4.4 兰金-于戈尼奥方程137

5.5 斜激波138

5.5.1 平面斜激波前后流动参数的关系式138

5.5.2 激波图线及其用法139

5.5.3 弱斜激波的熵增及参数近似关系式142

5.6 高速可压边界层初步知识144

5.6.1 Crocco流144

5.6.2 物面恢复温度和复温系数146

5.6.3 激波与边界层的相互干扰148

5.7 拉瓦尔喷管与超声速风洞149

5.7.1 马赫数随管流截面面积的变化149

5.7.2 拉瓦尔喷管150

5.7.3 超声速风洞152

习题153

下篇 飞行器空气动力学156

第6章 低速翼型的气动特性156

6.1 翼型的几何参数156

6.1.1 几何弦长156

6.1.2 翼型表面无量纲坐标157

6.1.3 弯度157

6.1.4 厚度157

6.1.5 前缘钝度与后缘尖锐度157

6.1.6 常用低速翼型编号法简介158

6.2 低速翼型绕流的特点和启动涡159

6.2.1 低速翼型绕流的特点159

6.2.2 启动涡161

6.3 速度环量的确定和库塔-茹科夫斯基后缘条件163

6.4 薄翼型理论164

6.4.1 流动的分解165

6.4.2 迎角-弯板问题167

6.4.3 厚度问题174

6.5 任意翼型位流解法176

6.5.1 保角变换法176

6.5.2 面元法177

6.6 低速翼型的一般气动特性179

6.6.1 翼型表面压强分布179

6.6.2 翼型升力特性179

6.6.3 翼型力矩特性181

6.6.4 翼型的压心和焦点182

6.6.5 翼型的阻力特性183

习题184

第7章 机翼的低速气动特性185

7.1 机翼的几何参数185

7.1.1 平面形状和平面几何参数185

7.1.2 几何扭转角？扭186

7.1.3 上（下）反角ψ187

7.2 机翼的自由尾涡187

7.3 大展弦比直机翼绕流的气动模型与升力线理论188

7.3.1 气动模型和升力线假设188

7.3.2 升力线理论189

7.4 升力面理论及涡格法200

7.4.1 升力面理论200

7.4.2 涡格法203

7.5 低速机翼的一般气动特性205

7.5.1 剖面升力系数展向分布（z）205

7.5.2 升力特性205

7.5.3 纵向力矩特性206

7.5.4 阻力特性207

习题210

第8章 亚声速翼型和机翼的气动特性212

8.1 速度位方程212

8.2 小扰动线化理论213

8.2.1 速度位方程的线化214

8.2.2 压强系数的线化215

8.2.3 边界条件的线化216

8.3 亚声速流中薄翼型的气动特性217

8.3.1 线性方程的变换217

8.3.2 边界条件的变换218

8.3.3 相应薄翼型之间的变换218

8.3.4 翼型上对应点压强系数之间的关系219

8.3.5 薄翼型的气动特性219

8.4 亚声速薄机翼的气动特性及M∞对气动特性的影响220

8.4.1 相应机翼形状之间的变换220

8.4.2 薄机翼的升力和俯仰力矩特性220

8.4.3 M∞对机翼气动特性的影响225

习题226

第9章 超声速线化理论及跨声速、高超声速流初步知识228

9.1 超声速薄翼型绕流228

9.2 超声速薄翼型线化理论229

9.2.1 一级近似理论压强系数分析232

9.2.2 一级近似理论压强系数的叠加法233

9.2.3 一级近似理论薄翼型的气动特性235

9.2.4 二级近似理论简述242

9.3 薄机翼超声速绕流的基本概念243

9.3.1 前马赫锥与后马赫锥243

9.3.2 前缘、后缘和侧缘244

9.3.3 二维流区与三维流区246

9.3.4 有限翼展薄机翼的绕流特性247

9.3.5 锥形流场概念248

9.4 跨声速绕流249

9.4.1 翼型的临界马赫数249

9.4.2 薄翼型绕流的气动特性250

9.4.3 机翼主要几何参数对气动特性的影响253

9.4.4 机翼气动特性的相似参数256

9.4.5 超临界翼型256

9.5 高超声速流初步知识257

9.5.1 高超声速绕流的新特征258

9.5.2 高超声速无黏流的激波关系式262

习题265

第10章 计算流体力学初步知识266

10.1 网格生成技术简介266

10.1.1 结构网格267

10.1.2 非结构网格271

10.1.3 直角坐标网格274

10.2 N-S方程数值解法基础275

10.2.1 有限差分方法275

10.2.2 有限体积方法275

10.2.3 有限元方法276

10.2.4 算例277

习题278

参考文献279