空氣動(dòng)力學(xué)

前言

本教材以1993年航空工業(yè)出版社出版的陳再新等老師編寫的《空氣動(dòng)力學(xué)》教材為基礎(chǔ)，結(jié)合當(dāng)前的教學(xué)需要和專業(yè)發(fā)展而重新編寫。與已有教材不同，本書主要內(nèi)容調(diào)整為流體力學(xué)基礎(chǔ)和飛行器空氣動(dòng)力學(xué)相對(duì)獨(dú)立而又成有機(jī)結(jié)合的兩大部分。流體力學(xué)基礎(chǔ)部分介紹了矢量和積分知識(shí)，控制方程變?yōu)橐苑e分形式為主；飛行器空氣動(dòng)力學(xué)部分則以翼型、機(jī)翼空氣動(dòng)力學(xué)為主，并直接以N-S方程為例介紹了CFD初步知識(shí)。全書共10章，第1～5章為流體力學(xué)（空氣動(dòng)力學(xué)）的基礎(chǔ)部分，可供流體力學(xué)基礎(chǔ)或空氣動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)課程使用；第6～10章為飛行器，特別是飛機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)部分，供飛行器空氣動(dòng)力學(xué)等課程使用，也為部分學(xué)習(xí)了流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)而不再修飛行器空氣動(dòng)力學(xué)課程的學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)提供方便。第1章主要介紹流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、基本概念及相關(guān)準(zhǔn)備知識(shí)；第2章介紹流體運(yùn)動(dòng)基本控制方程和基本規(guī)律；第3章主要介紹不可壓無粘流理論、基本解及疊加；第4章介紹氣體動(dòng)力學(xué)的高速可壓無粘流的基礎(chǔ)知識(shí)；第5章介紹粘流及邊界層的基本概念。第6章為低速翼型的空氣動(dòng)力特性，主要介紹薄翼型理論。第7章為低速機(jī)翼的空氣動(dòng)力特性，重點(diǎn)介紹升力線理論；第8章為亞聲速翼型與機(jī)翼的空氣動(dòng)力特性；第9章為超聲速線化理論及跨聲速、高超聲速流初步知識(shí)；第10章為計(jì)算流體力學(xué)初步知識(shí)。本教材主要為航空航天、兵器、空軍等國防院校的飛行器設(shè)計(jì)大類的本科生編寫，適用于空氣動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)、空氣動(dòng)力學(xué)、飛行器空氣動(dòng)力學(xué)、流體力學(xué)基礎(chǔ)等課程，也可作為工程流體力學(xué)等相關(guān)專業(yè)學(xué)生的教材或科技人員的參考書。本書由南京航空航天大學(xué)空氣動(dòng)力學(xué)系編寫。由陸志良教授規(guī)劃和統(tǒng)稿，陸志良教授、陳紅全教授、王江峰教授、李甘牛副教授完成了主要的編著工作。另外，周春華教授、夏健副教授、閆再友副教授等老師也參加了編著工作。感謝北京航空航天大學(xué)王晉軍教授、南京航空航天大學(xué)趙寧教授對(duì)本書進(jìn)行了詳細(xì)的審閱。

內(nèi)容概要

　　本書為航空航天、兵器、空軍等國防院校的本科生《空氣動(dòng)力學(xué)》教材。全書共10章，內(nèi)容分為流體力學(xué)基礎(chǔ)和飛行器空氣動(dòng)力學(xué)，這兩部分相對(duì)獨(dú)立但又有機(jī)結(jié)合?！　〉?～5章為流體力學(xué)與空氣動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)部分。主要介紹的是流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、流體運(yùn)動(dòng)基本控制方程和基本規(guī)律、低速位流理論、高速可壓流的基礎(chǔ)知識(shí)和粘流與邊界層基礎(chǔ)。　　第6～10章為飛行器空氣動(dòng)力學(xué)部分。主要介紹的是低速翼型和低速機(jī)翼的空氣動(dòng)力特性；亞聲速、超聲速、跨聲速流中的翼型與機(jī)冀氣動(dòng)特性及跨聲速、高超聲速流初步知識(shí)；計(jì)算流體力學(xué)初步知識(shí)?！　”緯╋w行器設(shè)計(jì)專業(yè)本科生使用，也可供涉及流體力學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)的有關(guān)專業(yè)學(xué)生使用，還可供從事空氣動(dòng)力學(xué)相關(guān)工作的人員參考。

書籍目錄

第1章 流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.1 流體力學(xué)的基本任務(wù)和研究方法1.1.1 基本任務(wù)1.1.2 研究方法1.2 流體力學(xué)以及空氣動(dòng)力學(xué)的發(fā)展概述1.3 流體介質(zhì)1.3.1 連續(xù)介質(zhì)假設(shè)1.3.2 流體的壓強(qiáng)、密度、溫度和速度1.3.3 氣體的狀態(tài)方程1.3.4 壓縮性、粘性和傳熱性1.3.5 流體的模型化1.4 氣動(dòng)力和力矩1.4.1 升阻力和力矩1.4.2 氣動(dòng)力及力矩系數(shù)1.4.3 壓力中心1.5 矢量和積分知識(shí)1.5.1 矢量代數(shù)1.5.2 典型的正交坐標(biāo)系1.5.3 標(biāo)量場和矢量場1.5.4 標(biāo)量積和矢量積1.5.5 標(biāo)量場的梯度1.5.6 矢量場的散度1.5.7 矢量場的旋度1.5.8 線積分1.5.9 面積分1.5.10 體積分1.5.11 線積分、面積分和體積分之間的關(guān)系1.6 控制體和流體微團(tuán)1.6.1 控制體1.6.2 流體微團(tuán)1.6.3 速度散度的物理意義1.6.4 物質(zhì)導(dǎo)數(shù)復(fù)習(xí)思考題第2章 流體運(yùn)動(dòng)基本方程和基本規(guī)律2.1 連續(xù)方程2.2 動(dòng)量方程2.3 能量方程2.4 方程的基本解法2.4.1 方程的理論解2.4.2 數(shù)值解——計(jì)算流體力學(xué)2.5 微團(tuán)運(yùn)動(dòng)分析2.5.1 流場的跡線、流線2.5.2 角速度、旋度和角變形率2.5.3 流函數(shù)、速度位以及相互關(guān)系2.6 旋渦運(yùn)動(dòng)2.6.1 渦線、渦管以及旋渦強(qiáng)度2.6.2 速度環(huán)量和斯托克斯定理2.6.3 畢奧一薩伐爾定理及直線渦的誘導(dǎo)速度2.6.4 亥姆霍茲旋渦定理復(fù)習(xí)思考題第3章 不可壓無粘流3.1 伯努利方程及應(yīng)用3.1.1 無旋流中的積分3.1.2 有旋流中的積分3.2 拉普拉斯方程3.3 拉普拉斯方程的基本解3.3.1 直勻流3.3.2 點(diǎn)源3.3.3 點(diǎn)渦3.3.4 偶極子3.4 基本解疊加3.4.1 直勻流加點(diǎn)源3.4.2 直勻流加軸向逆流的偶極子3.5 庫塔-儒科夫斯基升力定理3.5.1 繞圓柱的有環(huán)量流動(dòng)3.5.2 庫塔一儒科夫斯基定理復(fù)習(xí)思考題第4章 高速可壓無粘流4.1 熱力學(xué)基礎(chǔ)4.1.1 完全氣體的狀態(tài)方程、內(nèi)能和焓4.1.2 熱力學(xué)第一定律和比熱4.1.3 熱力學(xué)第二定律和熵4.2 一維等熵絕熱流4.2.1 一維等嫡絕熱流的能量方程4.2.2 一維定常絕熱流的參數(shù)間的基本關(guān)系式4.3 馬赫波與膨脹波4.3.1 小擾動(dòng)與馬赫錐4.3.2 馬赫波4.3.3 膨脹波4.4 正激波4.4.1 正激波與基本方程組4.4.2 普朗特激波公式4.4.3 正激波前后流動(dòng)參數(shù)的關(guān)系式4.4.4 蘭金-許貢紐方程4.5 斜激波4.5.1 平面斜激波前后流動(dòng)參數(shù)的關(guān)系式4.5.2 激波圖線及其用法4.5.3 弱斜激波的熵增及參數(shù)近似關(guān)系式4.6 噴管及超聲速風(fēng)洞4.6.1 馬赫數(shù)隨管流截面的變化4.6.2 拉瓦爾噴管及流量公式4.6.3 超聲速風(fēng)洞復(fù)習(xí)思考題第5章 粘流和邊界層流動(dòng)5.1 粘流的基本特性5.1.1 物面上無滑移5.1.2 粘性摩擦阻力和粘性壓差阻力5.1.3 機(jī)械能耗散和粘滯氣動(dòng)熱5.1.4 層流和紊流5.1.5 流動(dòng)分離5.2 邊界層流動(dòng)5.2.1 邊界層概念5.2.2 邊界層的厚度5.2.3 邊界層內(nèi)沿物面法線方向壓強(qiáng)不變5.2.4 平面邊界層流動(dòng)的方程5.2.5 低速平板邊界層及摩擦阻力計(jì)算5.2.6 邊界層的分離5.2.7 高速邊界層復(fù)習(xí)思考題第6章 低速翼型的氣動(dòng)特性6.1 翼型的幾何參數(shù)6.1.1 幾何弦長6.1.2 翼型表面無量綱坐標(biāo)6.1.3 彎度6.1.4 厚度6.1.5 前緣鈍度與后緣尖銳度6.1.6 常用低速翼型編號(hào)法簡介6.2 低速翼型流動(dòng)特點(diǎn)及啟動(dòng)渦6.2.1 低速翼型繞流的特點(diǎn)6.2.2 啟動(dòng)渦6.3 環(huán)量的確定和庫塔一儒科夫斯基后緣條件6.4 薄翼型理論6.4.1 流動(dòng)的分解6.4.2 迎角一彎度問題6.4.3 厚度問題……第7章 機(jī)翼的低速氣動(dòng)特性第8章 亞聲速翼型和機(jī)翼的氣動(dòng)特性第9章 超聲速線化理論及跨聲速、高超聲速流初步第10章 計(jì)算流體力學(xué)初步附錄A 常用氣動(dòng)表附錄B 主要符號(hào)表附錄C 名人簡介參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：第1章 流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)本章首先介紹流體力學(xué)的基本任務(wù)、研究方法以及流體力學(xué)與空氣動(dòng)力學(xué)的發(fā)展概述。然后介紹流體介質(zhì)、氣動(dòng)力系數(shù)及矢量運(yùn)算的基礎(chǔ)知識(shí)。最后引入控制體、流體微團(tuán)及物質(zhì)導(dǎo)數(shù)等概念。這些基礎(chǔ)知識(shí)為流體力學(xué)和飛行器空氣動(dòng)力學(xué)具體知識(shí)的學(xué)習(xí)做準(zhǔn)備。1.1 流體力學(xué)的基本任務(wù)和研究方法1.1.1 基本任務(wù)流體力學(xué)，是力學(xué)學(xué)科的分支之一，其研究的對(duì)象是流體，例如水和空氣等；其研究的內(nèi)容是，當(dāng)流體與物體之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，流體運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律以及流體與物體之間的相互作用力?？諝鈩?dòng)力學(xué)，是一門研究空氣運(yùn)動(dòng)規(guī)律及空氣與物體之間相互作用力的科學(xué)，因此，是現(xiàn)代流體力學(xué)的一個(gè)分支。然而，空氣動(dòng)力學(xué)是和飛機(jī)的出現(xiàn)、發(fā)展聯(lián)系在一起的，涉及飛機(jī)的飛行性能、穩(wěn)定性和操縱性等問題。在這個(gè)意義上，空氣動(dòng)力學(xué)又是飛機(jī)設(shè)計(jì)和工程學(xué)科不可或缺的。當(dāng)然，空氣動(dòng)力學(xué)研究涉及的領(lǐng)域遠(yuǎn)不限于飛機(jī)或航空器。流體相對(duì)物體的運(yùn)動(dòng)，可以在物體的外部進(jìn)行，像空氣流過飛機(jī)表面、導(dǎo)彈表面和螺旋槳表面等；也可以在物體的內(nèi)部進(jìn)行，像空氣在管道、風(fēng)洞和進(jìn)氣道內(nèi)部的流動(dòng)。在這些外部流動(dòng)或內(nèi)部流動(dòng)中，盡管空氣的具體運(yùn)動(dòng)和研究這些運(yùn)動(dòng)的目的有所不同，但都有一些共同的流動(dòng)現(xiàn)象和一些共同的流動(dòng)規(guī)律，例如質(zhì)量守恒、牛頓第二定律、能量守恒、熱力學(xué)第一定律和第二定律等。研究流體力學(xué)或空氣動(dòng)力學(xué)的基本任務(wù)，不僅是要認(rèn)識(shí)這些流動(dòng)現(xiàn)象的基本實(shí)質(zhì)，找出這些共性的基本規(guī)律在空氣動(dòng)力學(xué)中的表達(dá)，而且還要研究如何應(yīng)用這些基本規(guī)律能動(dòng)地解決飛行器的空氣動(dòng)力學(xué)問題和與之相關(guān)的工程技術(shù)問題，并預(yù)測流動(dòng)的新情況、新進(jìn)展。

編輯推薦

《空氣動(dòng)力學(xué)》為北京航空航天大學(xué)出版社，北京理工大學(xué)出版社，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，哈爾濱工程大學(xué)出版社，西北工業(yè)大學(xué)出版社出版。

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