高等空氣動力學(xué)

前言

　　本書是在哈爾濱工程大學(xué)“十一·五”規(guī)劃研究生教材出版基金的資助下完成的。　　高等空氣動力學(xué)是飛行器設(shè)計及航空宇航等航空航天專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程，哈爾濱工程大學(xué)航天工程系于1978年開始招收導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)設(shè)計和導(dǎo)彈控制專業(yè)的本科生，并為相關(guān)專業(yè)開設(shè)空氣動力學(xué)課程，在空氣動力學(xué)方面積累了較為深厚的教學(xué)經(jīng)驗。2004年開始招收飛行器設(shè)計學(xué)科碩士研究生，早在新生入學(xué)之前有關(guān)高等空氣動力學(xué)適用教材的選錄工作就在緊鑼密鼓的進行，雖然有關(guān)空氣動力學(xué)的書籍很多，但適合研究生階段空氣動力學(xué)教學(xué)的書籍卻很少，原因是知識點分散，不能提供系統(tǒng)完整、明晰簡要的高等空氣動力學(xué)基礎(chǔ)知識，無法滿足研究生教學(xué)內(nèi)容的要求。因此，急需一本能夠系統(tǒng)深入地闡述高等空氣動力學(xué)相關(guān)知識的教材，以滿足飛行器設(shè)計專業(yè)及航空宇航等專業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)的需要。在國內(nèi)無相應(yīng)教材可選的情況下，航天工程系的空氣動力學(xué)教學(xué)工作者于2003年就開始了高等空氣動力學(xué)一書的籌備編寫工作，以滿足自身教學(xué)需要。2004年9月新生入學(xué)，教材初稿基本完成并應(yīng)用于教學(xué)。實踐中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時的初稿雖然能滿足一時的教學(xué)需要，但卻不能很好地滿足學(xué)生自身知識體系水平的要求，學(xué)生對基礎(chǔ)空氣動力學(xué)知識掌握的深度與廣度直接決定著他們對高等空氣動力學(xué)知識的學(xué)習(xí)與理解，因此高等空氣動力學(xué)教材內(nèi)容不能完全獨立于基礎(chǔ)空氣動力學(xué)之外，教材中不但要有基礎(chǔ)空氣動力學(xué)知識的補充和過渡，而且要根據(jù)學(xué)生實際對初稿中各部分內(nèi)容所占比例及難易程度不斷進行調(diào)整和補充。2004年以來，經(jīng)過多年的教學(xué)實踐檢驗，該書內(nèi)容不斷得到完善，各理論知識分布比例及難易程度均由教學(xué)實踐中學(xué)生的實際情況決定，可以說本書最終內(nèi)容的確定是以教學(xué)實踐要求為指導(dǎo)，篩選匯編了適合研究生教育需要的經(jīng)典空氣動力學(xué)的基礎(chǔ)理論知識，符合本階段學(xué)生知識能力水平和學(xué)習(xí)的需要。

內(nèi)容概要

　　《研究生用教材：高等空氣動力學(xué)》在高速可壓流動基礎(chǔ)上主要介紹了飛行器部件空氣動力學(xué)的理論和分析方法。主要內(nèi)容包括：熱力學(xué)基礎(chǔ)知識，高速一維流動基本關(guān)系式和激波、膨脹波基本理論；邊界層的基本概念和理論；亞音速翼型及機翼的氣動特性，亞音速薄翼型繞流的相似律；超音速流中的翼型繞流特點，薄翼型超音速線性化理論，機翼及繞流流場基本概念，無限翼展斜置翼的超音速氣動特性，有限翼薄機翼邊界對繞流特性的影響，超音速機翼氣動模型的建立；旋成體線性化位流方程及基本解，細(xì)長旋成體理論，組合體氣動特性分析；高超音速流的基本定義和特征，高超音速流的基本激波關(guān)系式和馬赫數(shù)無關(guān)原理，高超音速飛行器氣動加熱預(yù)測和熱防護問題?！　　堆芯可媒滩模焊叩瓤諝鈩恿W(xué)》可作為航空宇航學(xué)科飛行器設(shè)計、航空宇航推進理論與工程等專業(yè)的研究生教材，也可以作為相關(guān)專業(yè)科研人員的參考用書。

書籍目錄

第0章 緒論0.1 空氣動力學(xué)的基本任務(wù)及分類0.2 空氣動力學(xué)的研究方法0.3 飛行器部件拆分基本思想0.4 本書的主要研究內(nèi)容第1章 高速可壓流動基礎(chǔ)1.1 熱力學(xué)基礎(chǔ)知識1.2 聲速和馬赫數(shù)1.3 高速一維定常流1.4 膨脹波1.5 正激波1.6 斜激波1.7 激波一膨脹波理論在超聲速翼型上的應(yīng)用習(xí)題第2章 邊界層流動2.1 邊界層概念和基本特征2.2 平面不可壓層流邊界層微分方程2.3 平板邊界層的Blasius解2.4 卡門動量積分關(guān)系式2.5 平面紊流邊界層2.6 平板混合邊界層2.7 邊界層的分離與控制習(xí)題第3章 亞跨聲速翼型和機翼的氣動特性3.1 線性化速度勢方程3.2 亞聲速氣流繞薄翼型流動的相似律3.3 機翼的跨聲速氣動特性習(xí)題第4章 超音速流中的翼型與機翼4.1 超音速流中翼型特點及基本理論4.2 薄機翼超音速繞流特性分析4.3 超音速機翼氣動模型習(xí)題第5章 機（彈）體氣動特性及翼身組合體氣動特性5.1 類圓截面機（彈）體氣動特性5.2 翼身組合體氣動特性習(xí)題第6章 高超音速空氣動力學(xué)基礎(chǔ)6.1 高超音速流的定義及研究內(nèi)容6.2 高超音速邊界層問題6.3 高超音速流的基本激波關(guān)系式及馬赫數(shù)無關(guān)原理6.4 高超音速氣動力工程預(yù)測6.5 高超音速飛行器氣動加熱及熱防護基礎(chǔ)習(xí)題附錄附表1 亞聲速流動（y=1.4）的流動參數(shù)與Ma數(shù)的關(guān)系附表2 超聲速流動（y=1.4）的流動參數(shù)與Ma數(shù)的關(guān)系附表3 氣體動力學(xué)函數(shù)表（y=1.4，以λ為自變量）附表4 激波流動的參數(shù)（γ=1.4 ）附表5 零迎角平板邊界層的函數(shù)廠（η）及其導(dǎo)數(shù)習(xí)題答案參考文獻

章節(jié)摘錄

　　1738年伯努利出版他的專著時，首先采用了水動力學(xué)這個名詞并作為書名；1880年前后出現(xiàn)了空氣動力學(xué)這個名詞；1935年以后，人們概括了這兩方面的知識，建立了統(tǒng)一的體系，稱為流體力學(xué)。流體力學(xué)是研究流體（包括氣體、液體）運動規(guī)律及傳熱、傳質(zhì)規(guī)律的學(xué)科。主要研究在各種力的作用下，流體本身狀態(tài)以及流體和固體壁面、流體和流體間、流體與其他運動形態(tài)之間的相互作用。它的主要基礎(chǔ)是牛頓運動定律和質(zhì)量守恒定律，常常還要用到熱力學(xué)知識，有時還用到宏觀電動力學(xué)的基本定律，本構(gòu)方程和物理學(xué)、化學(xué)的基礎(chǔ)知識。流體力學(xué)的基礎(chǔ)理論由三部分組成：　?。?）流體靜力學(xué)研究流體處于平衡靜止?fàn)顟B(tài)時各種作用在流體上的力的規(guī)律的學(xué)科；　?。?）流體動力學(xué)研究流體處于運動狀態(tài)時各種作用在流體上的力的規(guī)律及流體運動規(guī)律的學(xué)科；　?。?）氣體動力學(xué)研究氣體處于高速流動狀態(tài)時氣體運動規(guī)律的理論。　　空氣是流體的一種，空氣動力學(xué)是流體力學(xué)的一個分支，來源于流體動力學(xué)（研究與流體有相對運動的物體（飛行器）受力規(guī)律的學(xué)科），如果流體介質(zhì)是空氣，則稱為空氣動力學(xué)。空氣動力學(xué)是研究物體與空氣之間有相對運動（物體在空氣中運動或物體不動空氣繞流過物體運動）時空氣在物體擾動作用下的運動規(guī)律及空氣與物體之間作用力的科學(xué)。　　通常所說的空氣動力學(xué)其研究內(nèi)容是飛機、導(dǎo)彈等飛行器在各種飛行條件下流場中氣體的速度、壓力、溫度和密度等參量的變化規(guī)律，飛行器所受的升力和阻力等空氣動力及其變化規(guī)律，氣體介質(zhì)或氣體與飛行器之間所發(fā)生的物理化學(xué)變化以及傳熱傳質(zhì)規(guī)律等。空氣相對于物體的運動，可以在物體的外部進行，像空氣流過飛機表面；也可以在物體的內(nèi)部進行，像空氣在風(fēng)洞內(nèi)部和進氣道內(nèi)部等的流動。在這些外部和內(nèi)部流動中，盡管空氣的具體運動和研究運動的目的有所不同，但它們都發(fā)生了一些共同的流動現(xiàn)象，遵循一些共同的流動規(guī)律，例如質(zhì)量守恒、牛頓定律、能量守恒、熱力學(xué)定律等?？諝獾倪\動規(guī)律主要是依據(jù)物理學(xué)的基本原理推導(dǎo)出空氣的各種參數(shù)，例如速度、壓強、密度、溫度等各參數(shù)之間的關(guān)系。例如從質(zhì)量守恒方程可以推導(dǎo)出氣體的速度方程；由牛頓第二定律可以推導(dǎo)出歐拉運動方程；從能量守恒定律可以推導(dǎo)出能量方程、伯努利方程等。 　　……

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