空氣動力學

經典內容包括升力產生的無粘與粘性機制，低速翼型與機翼空氣動力學，一般亞、跨、超音速空氣動力學和粘性流動的一些內容。非經典內容包括非定常空氣動力學，高超音速流動及相關技術和大氣環境與大氣飛行器。除飛行器本身的空氣動力學外，還較多介紹了一些其他飛行物包括昆蟲所涉及的空氣動力學現象。本書兼顧了空氣動力學的規範內容和趣味性內容。

本書配套出版教學用電子教案和習題分析與解答。

本書可作為流體力學專業背景的本科生和研究生學習空氣動力學的教材，也可供從事相關工作的各類專業人員學習參考。

第1章低速運動物體升力產生機制1

1.1引言2

1.1.1力與升力2

1.1.2流體力學基本方程的來源與分類5

1.1.3一些重要的歷史事件9

1.1.4部分傑出空氣動力學家介紹13

1.2復勢函數與勃拉休斯定理21

1.2.1復勢函數21

1.2.2勃拉休斯定理23

1.3保角變換26

1.3.1保角變換及其性質26

1.3.2兩平面之間的速度關係與環量關係29

1.3.3幾種特殊變換與特殊流動，帶攻角的流動，繞角的流動30

1.4儒可夫斯基翼型流動36

1.4.1儒可夫斯基對稱翼型36

1.4.2一般儒可夫斯基翼型38

1.5庫塔條件與計算升力的數學理論39

1.5.1庫塔條件39

1.5.2環量的確定43

1.5.3儒可夫斯基升力定理44

1.5.4繞平板與儒可夫斯基翼型的力47

1.5.5儒可夫斯基翼型的力矩49

1.5.6最大升力係數50

1.6固壁干擾與鏡像法, 多點渦圓柱繞流52

1.6.1直壁影響52

1.6.2圓壁的干擾53

1.6.3風洞實驗的洞壁修正55

1.6.4多點渦圓柱繞流57

1.7升力產生機制的進一步描述59

1.7.1概述59

1.7.2升力產生機制的常見解釋61

1.7.3升力產生機制的總結63

1.8升力產生的粘性機制與球類運動空氣動力學64

1.8.1無分離與有分離圓柱或圓球的壓力分佈65

1.8.2馬格努斯效應與球類運動69

1.8.3非旋轉效應76

1.9鳥類與昆蟲飛行升力機制簡介79

1.9.1翱翔（滑翔）79

1.9.2低頻簡單撲翼80

1.9.3高頻複雜撲翼82

附錄Ⅰ複變函數相關知識84

Ⅰ.1復變量基本定義與基本運算公式84

Ⅰ.2解析函數85

Ⅰ.3極值與留數定理86

Ⅰ.4多極點留數的簡化87

Ⅰ.5柯西公式88

附錄ⅡSchwarz?Christoffel變換90

Ⅱ.1Schwarz?Christoffel變換與定理90

Ⅱ.2Schwarz?Christoffel變換的若干應用92

Ⅱ.3昆蟲問題95

本章習題100

本章參考文獻105

第2章低速翼型與機翼流動107

2.1翼型的幾何定義108

2.2氣動參數定義111

2.2.1升力與阻力，升阻比111

2.2.2力矩，壓力中心，焦點113

2.2.3力矩在飛行器控制中的意義118

2.3薄翼理論119

2.3.1基本思想119

2.3.2薄翼理論基本方程的求解122

2.3.3薄翼的氣動特性123

2.4厚翼處理： 面渦法127

2.5機翼的幾何特徵、升力線理論與氣動特性129

2.5.1機翼的幾何形狀與氣動參數129

2.5.2定性分析133

2.5.3升力線理論135

2.5.4升力面理論與渦格法149

2.5.5地面效應157

附錄Ⅲ旋渦的若干概念與性質158

附錄Ⅳ畢奧?薩伐爾定律及其應用160

附錄Ⅴ定積分的證明162

附錄Ⅵ各種機翼的低速氣動特性分析163

Ⅵ.1大展弦比機翼的失速特性163

Ⅵ.2後掠翼的氣動特性164

Ⅵ.3小展弦比機翼的氣動特性與渦升力167

本章習題169

本章參考文獻172

第3章高速空氣動力學173

3.1可壓縮流動與一維定常流動理論173

3.1.1可壓縮流動概述173

3.1.2三障現象175

3.1.3激波與激波厚度178

3.1.4絕熱流動與非絕熱流動181

3.1.5等熵流動190

3.1.6小擾動、影響區域、馬赫角與馬赫錐192

3.1.7正激波關係式193

3.1.8一維定常流動理論197

3.2高速流動的小擾動理論210

3.2.1理想等熵定常流動的基本方程211

3.2.2小擾動基本方程214

3.2.3線化的物面邊界條件217

3.2.4線化壓力系數218

3.2.5阿克萊經典問題，波阻219

3.2.6滑移線不穩定分析224

3.2.7亞音速線化流動的相似法則228

3.2.8超音速二維機翼的線化解236

3.2.9超音速氣流與亞音速氣流的本質區別243

3.3超音速流動243

3.3.1特徵線理論244

3.3.2傳統膨脹波理論254

3.3.3斜激波262

3.3.4超音速翼型與機翼流動270

3.4跨音速流動277

3.4.1臨界馬赫數與臨界壓力278

3.4.2機翼繞流圖畫，極限特徵線279

3.4.3跨音速相似律283

3.4.4超臨界翼型286

3.4.5跨音速面積律289

3.4.6速度圖法292

3.4.7卡門?錢學森公式296

本章習題301

本章參考文獻309

第4章空氣動力學中的粘性流動基礎310

4.1粘性流動基本方程的各種形式討論313

4.1.1牛頓本構關係的兩種推導313

4.1.2N?S方程的多樣性318

4.1.3高温混合氣體能量方程，組元守恆方程，反應熱的物理意義322

4.1.4高温混合氣體方程組的求解過程326

4.1.5平衡流、非平衡流與凍結流328

4.2不可壓流動邊界層基本方程及其求解332

4.2.1邊界層基本方程與勃拉休斯解333

4.2.2温度邊界層方程與求解337

4.3與邊界層流動相關的基本概念340

4.3.1邊界層厚度與無粘流理論的邊界層修正340

4.3.2邊界層分離342

4.4可壓縮與高超音速邊界層基本方程與求解346

4.4.1可壓縮與高超音速邊界層基本方程347

4.4.2可壓縮與高超音速邊界層基本方程相似性變換348

4.4.3可壓縮平板邊界層繞流相似性解352

4.4.4駐點繞流相似性解353

4.4.5可壓縮邊界層能量方程的克羅柯?布賽曼解356

4.4.6絕熱壁的恢復温度與復温因子357

4.5有化學反應高速邊界層流動方程及相似性解359

4.5.1基本方程359

4.5.2邊界條件363

4.5.3相似性解364

4.6湍流及湍流模擬概述367

4.6.1轉捩與穩定性的基本概念367

4.6.2湍流特徵376

4.6.3光滑壁面湍流邊界層的結構379

4.6.4湍流統計平均方法382

4.6.5雷諾平均方法、湍流半經驗理論與最簡單的湍流模型383

4.6.6湍流代數模型與二階矩模型387

4.6.7轉捩/湍流模型394

4.6.8湍流直接模擬與大渦模擬397

4.7升阻力、升阻比與氣動熱的估算404

4.7.1摩擦係數與換熱係數404

4.7.2翼型與機翼的升阻比估算409

4.7.3氣動熱計算公式414

4.7.4駐點熱流的進一步討論與計算公式應用419

附錄Ⅶ分子粘性係數、熱傳導係數和擴散係數423

Ⅶ.1分子粘性係數423

Ⅶ.2熱傳導係數425

Ⅶ.3擴散係數426

Ⅶ.4總熱傳導係數與平衡普朗特數429

本章習題430

本章參考文獻435

書名：空氣動力學（下冊）

ISBN：9787302167440

作者：吳子牛、王兵、周睿

定價：69.8元

出版日期：2008-4-1

出版社：清華大學出版社

本書分為上、下兩冊，涉及空氣動力學的經典內容和一些非經典內容。經典內容包括升力產生的無粘與粘性機制，低速翼型與機翼空氣動力學，一般亞、跨、超音速空氣動力學和粘性流動的一些內容。非經典內容包括非定常空氣動力學，高超音速流動及相關技術和大氣環境與大氣飛行器。除飛行器本身的空氣動力學外，還較多地介紹了一些其他飛行物包括昆蟲所涉及的空氣動力學現象。本書兼顧了空氣動力學的規範內容和趣味性內容。

本書配套出版了教學用電子教案和習題分析與解答。

本書可作為流體力學專業背景的本科生和研究生學習空氣動力學的教材，也可供從事相關工作的各類專業人員學習參考。

第5章 非定常空氣動力學1

5.1 非定常流動與座標系的選擇1

5.1.1 非定常流動分類1

5.1.2 絕對靜止系與非慣性運動系的關係3

5.1.3 絕對靜止系與慣性運動系9

5.1.4 慣性運動系流動求解與動力學過程13

5.1.5 圓柱加速運動15

5.1.6 附加慣性系數的一般求法18

5.2 物體作剛體運動引起的流動21

5.2.1 物體作任意運動在慣性運動系中引起的勢函數21

5.2.2 運動物體的勃拉休斯定理24

5.2.3 運動橢圓所受的力和力矩26

5.3 紙片與橢圓的下落運動27

5.3.1 紙片模化處理： 運動橢圓問題28

5.3.2 有渦脱落的情況29

5.4 可壓縮非定常流動32

5.4.1 特徵線方法33

5.4.2 簡單波與一維膨脹波38

5.4.3 運動激波關係式45

5.4.4 黎曼問題52

5.4.5 波的反射與相互作用57

5.5 不可壓縮與可壓縮非定常流動的本質區別64

5.5.1 小擾動傳播規律65

5.5.2 大擾動問題66

5.5.3 粘流問題66

5.5.4 不可壓縮流動的真正意義68

5.6 特徵線差分法與現代計算流體力學簡介70

5.6.1 特徵線差分法70

5.6.2 現代計算流體力學方法74

5.6.3 計算流體力學無量綱參數CFL數，數值穩定性76

5.7 複雜運動非定常粘性升力機制簡介78

5.7.1 運動物體引起的非定常流動動量定理及其應用78

5.7.2 渦量守恆定理82

5.7.3 用主力矩計算氣動力的吳鎮遠定理84

5.7.4 吳鎮遠定理的分析與應用、集中渦88

5.7.5 Weis-Fogh的非定常高升力機制94

5.7.6 鳥類和昆蟲的運動學與氣動特性簡介101

附錄VIII 附加慣性張量的性質108

附錄Ⅸ 任意運動物體合力表達式109

附錄Ⅹ 任意運動物體力矩表達式111

附錄Ⅺ 橢圓作任意運動所受的合力和力矩112

附錄Ⅻ 紙片下落問題的背景與研究現狀簡介120

Ⅻ.1 背景與概述120

Ⅻ.2 研究現狀120

本章習題124

本章參考文獻128

第6章 高超音速及相關技術概述131

6.1 高超音速流動的基本特徵131

6.1.1 薄激波層133

6.1.2 強粘性效應134

6.1.3 高熵層135

6.1.4 高温真實氣體效應135

6.1.5 低密度效應與低雷諾數效應136

6.1.6 小結137

6.2 高超音速無粘流基本知識138

6.2.1 馬赫數無關原理139

6.2.2 牛頓流模型141

6.3 高超音速粘流基本知識144

6.3.1 駐點熱流144

6.3.2 粘性效應與粘性相互作用簡介146

6.4 高温真實氣體效應151

6.4.1 高温空氣的性質152

6.4.2 化學與振動非平衡154

6.4.3 非平衡流動、平衡流動和凍結流動概念及其模型158

6.4.4 空氣平衡流動計算模型舉例164

6.4.5 激光與太陽能熱推進的衝量耦合係數與比衝171

6.5 低密度（稀薄）效應173

6.5.1 流動分區173

6.5.2 不同流動區域的計算模型175

6.5.3 自由分子流區的氣動力計算、與DSMC方法的比較179

6.6 空氣熱力學效應186

6.6.1 空氣熱力學的重要性186

6.6.2 高速邊界層與轉捩188

6.6.3 激波反射與激波干擾現象189

6.6.4 高超音速飛行器激波干擾現象分析197

6.7 高超音速相關技術概述201

6.7.1 實驗中如何獲得高馬赫數201

6.7.2 高超音速再入飛行的飛行力學問題202

6.7.3 高超音速再入氣動熱問題206

6.7.4 乘波體簡介209

6.7.5 高超音速飛行器若干關鍵技術分析211

6.8 吸氣式發動機工作原理分析218

6.8.1 超音速飛行對發動機的要求218

6.8.2 渦噴與渦扇發動機簡介220

6.8.3 衝壓發動機簡介223

6.8.4 衝壓發動機工作原理分析224

6.8.5 均勻混合氣體燃燒波理論232

6.8.6 超燃衝壓發動機關鍵技術簡介235

6.8.7 減阻問題238

本章習題240

本章參考文獻244

第7章 空氣動力學與大氣飛行器247

7.1 飛行空間與大氣環境247

7.1.1 飛行空間247

7.1.2 大氣結構249

7.1.3 大氣的成分251

7.1.4 標準大氣的數學模型252

7.1.5 大氣物理特徵254

7.2 飛行器氣動部件及其作用270

7.2.1 翼型升力、阻力與失速特性270

7.2.2 機翼特性273

7.2.3 尾翼286

7.2.4 副翼、擾流片與減速板291

7.2.5 渦流發生器293

7.2.6 邊條翼296

7.2.7 翼身融合299

7.2.8 高升力裝置(增升裝置)301

7.3 飛行器氣動佈局及性能304

7.3.1 飛機氣動佈局305

7.3.2 飛機飛行性能的一般性概述311

7.3.3 飛機的平衡、穩定性與操縱性318

7.3.4 飛機的機動性325

7.3.5 高超音速飛行器的再入飛行力學330

7.3.6 典型飛機及其特點336

7.3.7 飛行動物與微型撲翼飛行器344

7.3.8 現代氣動佈局飛機--飛翼設計分析舉例353

7.4 飛機數據綜合比較361

7.4.1 氣動數據比較361

7.4.2 飛行性能數據比較366

7.4.3 幾何形狀數據比較370

7.4.4 整體性能數據比較374

7.5 一體化設計中的氣動隱身設計與飛機綜合概念設計378

7.5.1 隱身與雷達散射截面積379

7.5.2 飛行器總體佈局和外形的隱身設計384

7.5.3 飛行器隱身/?氣動一體化設計393

7.5.4 SEACD: 綜合化飛機概念設計環境402

7.5.5 國外幾種隱身戰鬥機低RCS外形技術分析406

本章習題416

本章參考文獻419

總附錄A 熱力學、統計力學與動力論基礎知識421

A.1 經典熱力學基礎回憶421

A.2 化學熱力學基礎427

A.3 統計熱力學基礎435

A.4 動力論基礎445

A.5 化學反應速率方程，平衡常數448

A.6 音速公式451

A.7 幾個基本關係式的證明453

總附錄A參考文獻454

總附錄B 空氣動力學的應用範圍簡介455

B.1 空氣運動的簡單與複雜455

B.2 自然規律與空氣動力學458

B.2.1 宏觀氣象學與空氣動力學459

B.2.2 微觀氣象學與空氣動力學461

B.2.3 森林空氣動力學465

B.2.4 鳥和昆蟲飛行空氣動力學466

B.3 工業、工程與空氣動力學470

B.3.1 建築物空氣動力學471

B.3.2 車輛空氣動力學473

B.3.3 風能利用476

B.3.4 體育中的空氣動力學477

B.4 航空、航天與空氣動力學483

B.4.1 飛機空氣動力學483

B.4.2 航天空氣動力學488

B.4.3 氣動彈性、氣動噪聲和氣動光學492

總附錄B參考文獻498

總附錄C 風洞簡介500

C.1 低速風洞簡介501

C.2 亞音速風洞505

C.3 跨音速風洞510

C.4 超音速風洞516

C.5 高超音速風洞522

總附錄C參考文獻528

總附錄D 飛艇空氣動力學529

D.1 飛艇簡介529

D.1.1 飛艇的結構特點和工作原理529

D.1.2 飛艇的發展簡史538

D.2 基本概念545

D.2.1 基本參數545

D.2.2 附加慣性、附加密度和表觀密度547

D.2.3 稱量重量（淨重）549

D.3 飛艇常規空氣動力學問題552

D.3.1 飛艇空氣動力學的理論基礎及應用552

D.3.2 阻力與低阻力外形563

D.3.3 升力、力與力矩特性570

D.3.4 柔性外殼的流固耦合577

D.3.5 飛艇與陣風的相互作用583

D.4 高空飛艇帶來的新空氣動力學問題簡述594

D.4.1 新空氣動力學問題簡介594

D.4.2 穿越強風帶的發射/回收過程597

D.4.3 分片外形的氣動效應605

D.5 平流層飛艇總體設計609

D.5.1 環境參數609

D.5.2 飛艇的幾何參數611

D.5.3 飛艇組件的技術指標及質量參數612

D.5.4 飛艇的力學參數614

D.5.5 各參數之間滿足的平衡關係615

D.5.6 簡單估算的算例616

D.5.7 升浮一體化設計619

總附錄D參考文獻622

索引624

參考文獻642

《空氣動力學》（上冊）勘誤表644