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第一章 大气物理性质与空气动力学1

§1-1 空气动力学与生活及工业1

一、自然空气动力1

目录1

二、工业空气动力4

§1-2 空气动力学在航空工程中的作用4

§1-3 空气动力学的研究方法及其对飞机外形设计所起的作用5

一、理论研究方法5

二、实验研究方法5

三、计算研究方法6

四、三种研究方法的综合应用6

一、温度7

§1-4 大气物理性质及其与空气动力的关系7

二、密度8

三、粘性9

四、压强12

五、空气流动的压缩性18

六、空气介质的连续性18

§1-5 空气动力基本公式20

第一篇 低速空气动力学30

第二章 理想流体的流动规律30

§2-1 流场的基本概念30

一、流场30

二、流线30

三、流管、流束及流动图36

四、定型流动和非定型流动37

§2-2 连续方程40

一、二、三维流动连续方程40

二、一维流动连续方程45

§2-3 流体微团运动分析50

一、无旋流动（位流流动）52

二、有旋流动54

三、无旋流动和速度位函数？（x,y,z）55

§2-4 流函数62

§2-5 欧拉运动方程71

一、沿一条定型流流线条件下积分76

§2-6 伯努利方程76

二、无旋非定型流条件下欧拉运动方程的积分78

三、伯努利方程的意义及伯努利常数C及K的确定80

四、压强系数Cp及其意义82

§2-7 旋涡运动及感应速度86

一、旋涡的形成及旋涡内外的流动情况86

二、涡线涡管的概念88

三、斯托克斯速度环量与旋涡强度的关系89

四、汤姆森定理94

五、亥姆霍兹旋涡定理97

六、旋涡外的感应流场及感应速度99

七、旋涡内外的压强分布104

八、遇有固壁干扰时旋涡在流场上感应速度的求法——旋涡镜像法110

思考题115

习题117

第三章 二维物体上的基本空气动力120

§3-1 一些基本位流流场的位函数及流函数121

一、均匀直线流场121

二、二维点源、点汇流场123

三、二维偶极子流场127

四、二维点涡流场130

§3-2 低速理想定型匀直流绕二维圆柱流动时的空气动力133

——达朗贝尔奇论（阻力定理）133

一、流动图133

二、作用于圆柱体上的空气动力137

三、x＝0及y＝0的限制条件及物理意义139

§3-3 低速理想定型匀直流绕旋转圆柱体流动的空气动力142

——库塔-儒科夫斯基举力定理142

一、匀直流绕二维旋转圆柱体流动的模拟142

二、匀直流绕流旋转圆柱体的空气动力146

三、库塔-儒科夫斯基定理的限制条件及物理意义150

§3-4 低速理想匀直定型流绕流各种形状二维物体的流动图156

思考题157

习题157

第四章 粘性流体的流动规律及粘性空气动力159

§4-1 粘性流体的流动规律159

一、边界层的形成163

二、层流流动与纳维-斯托克斯方程164

三、紊流流动与紊流边界层170

§4-2 边界层微分方程式173

§4-3 边界层积分关系式179

§4-4 二维平板定型流边界层计算183

一、二维平板定型层流边界层计算183

二、二维平板定型紊流边界层计算187

三、物理概念的阐述190

§4-5 二维平板混合边界层计算及减阻措施——层流翼型202

一、基本概念202

二、计算方法203

三、减阻措施和低阻翼型及低阻流线体206

§4-6 曲面上边界层的分离、压差阻力、失举现象209

一、气流的分离209

二、翼型的失举210

三、翼型压差阻力的产生213

四、旋涡阻力215

§4-7 相似准则与实验研究217

一、几何相似217

二、运动相似（流动相似）217

三、动力相似218

四、相似准则与实验研究219

思考题219

习题220

第五章 二维机翼理论及其气动力特性222

§5-1 翼型几何及二维翼族223

一、翼型及其几何参数223

二、二维翼族225

一、低速定型流绕翼型的流动图228

§5-2 低速气流绕翼型的定型流动及解二维翼理论的思路228

二、处理二维机翼理论的思路232

§5-3 薄翼理论假设，边界条件及理论的建立234

一、薄翼理论假设234

二、边界条件及薄翼理论的建立235

§5-4 平板薄翼空气动力系数237

一、确定γ′（x）分布函数237

二、求气动力系数239

三、限制条件243

四、二维平板薄翼理论的历史发展过程244

一、确定γ′（θ）分布函数245

§5-5 曲线中弧线二维薄翼气动力系数245

二、确定傅立叶级数系数a0、an249

三、举力系数251

四、力矩系数252

五、物理概念255

§5-6 薄翼理论的应用——辅翼气动力特性263

一、假设264

二、确定傅立叶级数的系数264

三、确定气动力系数266

四、限制条件及讨论267

§5-7 流体粘性、翼型厚度对二维翼气动力特性的影响271

一、零举阻力系数Cx0271

二、最大举力系数Cymax274

三、使用襟翼时的最大举力系数277

四、举力线梯度m0278

五、举阻比281

思考题283

习题284

第六章 三维机翼理论及其气动力特性285

§6-1 机翼平面形状及其几何参数286

§6-2 三维翼上的流动图及气动力特性概论288

§6-3 三维翼理论计算方法概述295

一、三维翼上附着涡及尾涡的分布情况295

二、近似举力面概述297

三、举力线理论及其所决定的气动力299

四、举力线理论所适用的机翼形状301

§6-4 兰切斯特-普朗特有限翼展机翼理论302

§6-5 椭圆Г分布机翼的气动力特性305

§6-6 有限翼展机翼的基本积分微分方程309

§6-7 沿翼展环量分布的近似求法——格劳尔特-崔福兹法311

一、确定Г（θ）分布函数311

二、对于式（6.13）的讨论314

三、解对称载荷机翼的Г（θ）分布公式314

§6-8 三维翼的举力分布、感应阻力分布及机翼举力和感应323

阻力323

一、三维翼举力分布y（z）及举力Y323

二、三维翼感应阻力分布Cxi（z）及感应阻力系数Cxi324

三、三维翼的有利平面形状329

§6-9 三维大展弦比机翼的举力线梯度及举阻比330

＊§6-10 扭转机翼的气动力特性336

一、沿翼展举力载荷分布及全机举力系数336

二、沿梯形翼的展向举力系数分布340

三、梯形翼上感应阻力系数分布及机翼感应阻力系数345

四、绕机翼气动力心（A.C.）的俯仰力矩系数CMA·C346

§6-11 无限翼展侧滑翼及后掠翼的气动力特性359

一、无限翼展侧滑翼气动力特性359

二、气流绕大后掠机翼的流动特性364

三、大后掠三维翼的气动力特性366

§6-12 小展弦比机翼气动力特性371

一、椭圆形机翼371

二、三角形机翼372

三、燕尾翼376

四、矩形翼、梯形翼、后掠翼及菱形翼380

五、展弦比λ趋近于零的机翼381

§6-13 三维机翼的增举设备387

§6-14 低速机翼举阻比K的特性390

一、展弦比λ的作用391

二、机翼根梢比η的作用391

三、机翼后掠角x的作用393

四、翼型相对厚度？及相对弧？的作用393

§6-15 三维机翼的失举特性394

一、大展弦比λ机翼的失举特性396

二、大后掠机翼的失举特性399

三、改善三维机翼失举特性的办法401

思考题405

习题406

第七章 旋成体理论及其气动力特性408

§7-1 绪论408

§7-2 旋成体形状及几何参数409

§7-3 低速三维位流的基本流动方程410

一、连续方程411

二、斯托克斯流函数415

三、速度位函数420

§7-4 典型基本流场421

一、均匀直线流场422

三、位于原点的偶极子流场423

二、位于原点的点源流场423

四、线源流场425

§7-5 流经半体（点源加匀直流场）的流动426

一、？与ψ二函数的求得426

二、流动图的确定426

三、压强系数Cp及其分布428

§7-6 流经球体（偶极子加匀直流）的流动429

一、？及ψ函数的确定429

二、速度分布及压强分布430

§7-7 流经圆球及阮金体的流动431

一、绕圆球体流动的模拟概念431

二、？及ψ函数的确定432

三、驻点及阮金体形状433

四、阮金体上的速度分布和压强分布434

§7-8 流经流线体（点源、点汇分布）的流动435

§7-9 细长体理论及旋成体气动力特性448

一、细长旋成体的速度位方程448

二、理想非定型流法向力的特性452

三、粘性流体作用于旋成体上的法向力458

四、旋成体的气动力系数459

五、旋成体及机身的实验数据465

思考题472

习题473

第二篇 高速空气动力学477

第八章 无（冲）波高速气体的流动规律477

§8-1 熵的概念和意义477

一、音速a482

§8-2 微弱扰动在流场中的传播，音速482

二、扰动传播速度vp484

三、微弱扰动在流场中的传播487

§8-3 可压缩性定型位流流动的基本速度位方程492

§8-4 能量方程495

一、绝热能量方程的推导495

二、限制条件及结论说明498

三、流场中的各参考量和参考速度499

四、等熵能量方程502

五、等熵能量方程的其它形式505

§8-5 动量方程508

一、v与F,p,p,T的变化规律510

§8-6 一维定型等熵管流510

二、在一维定型等熵流管中M与F的变化规律514

三、管流的最大流量517

思考题518

习题519

第九章 超音速气流通过冲波及膨胀波的流动规律及高速521

边界层521

§9-1 冲波的形成521

一、在管道中正冲波的形成521

二、在钝头体前脱体波的形成523

三、在楔形物体上斜冲波的产生525

四、喷气发动机进气道中正冲波的产生528

五、改变楔形物半顶角θ值与不同性质波（包括冲波和膨胀波）的变化情况529

§9-2 正冲波理论530

一、正冲波理论的思路530

二、正冲波关系式的推导531

三、限制条件及结论说明536

§9-3 斜冲波理论540

一、解斜冲波问题的思路541

二、斜冲波关系式的推导542

三、限制条件及结论说明548

§9-4 膨胀波的产生及膨胀波理论553

一、膨胀波的形成及通过它的流动特性553

二、膨胀波公式的推导556

三、限制条件562

＊§9-5 冲波和膨胀波的相交和反射564

一、冲波的反射565

二、冲波的相交567

三、膨胀波的相交568

四、膨胀波在固壁上的反射569

五、冲波在自由边界上的反射569

六、膨胀波在自由边界上的反射570

七、冲波和膨胀波的相交571

§9-6 高速边界层572

一、高速边界层概念572

三、温度边界层及温度型574

二、气动力热574

四、绝热壁的恢复温度及恢复温度系数576

五、高速边界层热流量计算577

六、二维平板高速边界层摩擦阻力计算580

思考题582

习题584

第十章 超音速二维翼理论及气动力特性586

§10-1 高速速度范围的划分及绕翼型的超音速流动图587

一、翼型速度范围划分的原则587

二、上下临界速度及上下临界马赫数587

三、影响下临界马赫数的因素588

四、超音速气流绕翼型的流动图及气动力产生的概念591

问题的基本步骤与过程595

§10-2 解决二维超音速机翼问题的线化方法——线化理论处理595

一、流动图的线化596

二、微分方程式的线化——小扰动法597

三、边界条件的线化602

四、压强系数的线化602

五、线化解——解的叠加原理606

§10-3 线化近似理论608

一、波动方程的通解608

二、气动力系数公式的推导611

三、限制条件及结论说明618

四、线化近似理论值与实验结果的比较631

§10-4 超音速二维翼高阶近似理论633

一、布兹曼理论的解释634

二、气动力系数公式的推导636

§10-5 解超音速二维翼的其他理论方法简介651

一、特征线法652

二、特征线速度图的绘制656

思考题658

习题659

第十一章 超音速三维翼理论概述及其气动力特性661

§11-1 三维超音速流场概念及三维翼气动力概念661

一、翼形几何参数661

二、超音速三维流场的基本概念663

§11-2 锥型流方法概念670

§11-3 无限翼展斜置翼理论674

一、边界条件的线化678

§11-4 超音速三维翼厚度波阻理论概述678

二、压强系数的线化681

三、点源解（解机翼厚度问题）681

四、求Cp及Cx？的步骤690

§11-5 典型超音速机翼的厚度波阻特性694

一、三角翼694

二、矩形翼699

三、后掠翼702

四、超音速后掠机翼厚度波阻系数总结703

五、三种常用超音速翼形Cx？的比较710

§11-6 超音速三维翼举力及仰角波阻理论概述715

一、线化边界条件716

二、解超音速前缘三角翼718

三、矩形翼气动力特性721

§11-7 典型机翼的气动力特性723

一、平板矩形翼723

二、平板后掠翼731

三、平板三角翼736

§11-8 超音速机翼的举阻比K747

一、翼型相对厚度？的作用747

二、翼型弧？的作用748

三、翼型几何形状的作用748

四、展弦比λ的作用748

五、后掠角x的作用750

七、飞行高度及机翼载荷的作用752

六、M∞的作用752

思考题755

习题757

第十二章 机翼的亚音速及跨音速气动力特性759

§12-1 绕翼型的亚音速流态及亚音速速度位方程759

§12-2 普朗特-格劳尔特定律760

§12-3 速度图法概述763

§12-4 亚音速二维线化机翼的相似律768

§12-5 亚音速三维翼相似律及其气动力特性778

一、亚音速三维机翼相仿律——戈则特法则778

二、亚音速无后掠三维翼的相仿律及气动力特性781

三、亚音速无限翼展侧滑翼的气动力特性784

四、亚音速有限翼展后掠翼的气动力特性785

§12-6 跨音速翼型气动力特性789

一、在跨音速流中翼型上局部弓形冲波的产生和流动图791

二、跨音速翼型的气动力特性793

三、跨音速平板翼型的气动力特性795

四、超临界翼型的气动力特性800

§12-7 跨音速三维翼气动力特性802

一、马赫数的影响802

二、展弦比的效应803

三、后掠角的效应804

四、翼型、翼形在跨音速范围对Cx0,m及K等的具体影响806

§12-8 突破音障在机翼外形上所应采取的措施809

习题811

思考题811

第十三章 高速旋成体理论及其气动力特性812

§13-1 超音速气流绕旋成体的流动图813

一、绕圆锥的波系及流动图813

二、绕弹头体的波系及其流动图817

§13-2 细长旋成体线化位流理论820

一、线化流动图820

二、线化扰动速度位方程821

三、线化边界条件825

四、线化压强系数827

§13-3 轴对称绕流任意旋成体流动的解法828

§13-4 绕细长圆锥体轴对称流的解法833

§13-5 轴对称流绕抛物线旋成体流动的解834

§13-6 任意形状细长旋成体的级数解法836

一、轴对称流动的解法836

二、非轴对称流动的解法844

§13-7 旋成体相似律847

§13-8 旋成体气动力特性848

一、波阻轴向力系数CAw848

二、底部阻力轴向力系数CAb856

三、摩擦阻力轴向力系数CAf857

四、各法向力系数858

五、旋成体的举力、阻力及俯仰力矩系数859

六、旋成体的实用气动力系数859

一、抛物线旋成体860

§13-9 最佳旋成体形状及其Cxmin860

二、其他形状旋成体862

§13-10 超音速旋成体实验气动力特性865

一、举力系数865

二、阻力系数865

三、压力中心位置及力矩系数871

四、举阻比871

五、总结872

思考题874

习题875

第十四章 组合体及干扰877

§14-1 低速翼身的相互干扰878

一、机翼对机身的干扰879

二、机身对机翼的干扰881

三、翼身组合体与单独机翼沿翼展方向每单位仰角环量（或举力）分布的比较883

四、翼身组合体的气动力特性884

五、机翼、机身交接处流态干扰及气动力886

§14-2 低速机翼、机身对尾翼的干扰889

§14-3 跨音速飞机组合体的气动力特性893

§14-4 超音速飞机组合体的气动力特性899

一、超音速组合体的面积律899

二、从面积律的观点看机翼外形在跨音速和超音速范围内的变化规律900

三、超音速翼身组合体的举力特性907

四、超音速机翼机身尾翼组合体的气动力特性907

§14-5 地面干扰效应908

附录912

参考文献939