空气动力学基础 第5版 双语教学译注版PDF电子书下载

第1部分 基本原理 1

第1章 空气动力学：一些引述 3

1.1 空气动力学的重要性：历史典故 5

1.2 空气动力学：分类及实际应用目的 11

1.3 本章路线图 15

1.4 一些空气动力学基本变量 15

1.4.1 单位 18

1.5 空气动力及力矩 19

1.6 压力中心 32

1.7 量纲分析：白金汉π定理 34

1.8 流动相似性 41

1.9 流体静力学：浮力 52

1.10 流动类型 62

1.10.1 连续介质与自由分子流动 62

1.10.2 无黏流动与黏性流动 62

1.10.3 不可压缩流动与可压缩流动 64

1.10.4 马赫数区域 64

1.11 黏性流动：边界层引论 68

1.12 应用空气动力学：空气动力系数——它们的重要性和变化 75

1.13 历史摘记：困惑的压力中心 89

1.14 历史摘记：空气动力系数 93

1.15 总结 97

1.16 作业题 98

第2章 空气动力学：一些基本原理和基本方程 103

2.1 引言和路线图 104

2.2 矢量关系回顾 105

2.2.1 矢量代数简述 106

2.2.2 典型正交坐标系 107

2.2.3 标（数）量场和矢量场 110

2.2.4 数量积和矢量积 110

2.2.5 数量场的梯度 111

2.2.6 矢量场的散度 113

2.2.7 矢量场的旋度 114

2.2.8 线积分 114

2.2.9 面积分 115

2.2.10 体积分 116

2.2.11 线积分、面积分和体积分之间的关系 117

2.2.12 小结 117

2.3 流体模型：控制体和流体微元 117

2.3.1 有限控制体模型 118

2.3.2 无限小流体微元模型 119

2.3.3 分子模型 119

2.3.4 速度散度的物理含义 120

2.3.5 流场描述 121

2.4 连续方程 125

2.5 动量方程 130

2.6 动量方程的一个应用：二维物体的阻力 135

2.6.1 评注 144

2.7 能量方程 144

2.8 小结 149

2.9 实质导数（随体导数） 150

2.10 用实质导数表示的基本方程 156

2.11 流动的迹线、流线和染色线 158

2.12 角速度、涡量和应变率 163

2.13 环量 174

2.14 流函数 177

2.15 速度势 181

2.16 流函数和速度势之间的关系 184

2.17 我们怎样解这些方程？ 185

2.17.1 理论（解析）解 185

2.17.2 数值求解——计算流体力学（CFD） 187

2.17.3 空气动力学“全景” 194

2.18 总结 194

2.19 作业题 198

第2部分 无黏不可压缩流动 201

第3章 无黏不可压缩流动的基础 203

3.1 引言和路线图 204

3.2 伯努利方程 207

3.3 管道中的不可压缩流：文德利管和低速风洞 211

3.4 皮托管：空速的测量 224

3.5 压力系数 233

3.6 不可压缩流动的速度条件 235

3.7 无旋不可压缩流动的控制方程：拉普拉斯方程 236

3.7.1 无穷远处边界条件 239

3.7.2 物面边界条件 239

3.8 小结 240

3.9 均匀流——第一个基本流动 241

3.10 源流——第二个基本流动 243

3.11 均匀流与点源和点汇的叠加 247

3.12 偶极子流动——第三个基本流动 251

3.13 绕圆柱的无升力流动 253

3.14 涡流——第四个基本流动 262

3.15 绕圆柱的有升力流动 266

3.16 库塔－茹科夫斯基定理和升力的产生 280

3.17 绕任意物体的无升力流动：数值面源法 282

3.18 应用空气动力学：绕圆柱流动——实际情况 292

3.19 历史摘记：伯努利和欧拉与理论流体力学的起源 300

3.20 历史摘记：达朗贝尔悖论 305

3.21 总结 306

3.22 作业题 309

第4章 绕翼型的不可压缩流动 313

4.1 引言 315

4.2 翼型术语 318

4.3 翼型特征参数 320

4.4 绕翼型的低速流动的解析解基础：涡面 325

4.5 库塔条件 330

4.5.1 没有阻力能有升力吗？ 334

4.6 开尔文环量定理和起动涡 334

4.7 经典薄翼理论：对称翼型 338

4.8 有弯度翼型 348

4.9 气动中心：进一步的思考 357

4.10 绕任意物体的有升力流动：涡板块数值方法 361

4.11 现代低速翼型 367

4.12 黏性流动：翼型阻力 371

4.12.1 表面摩擦阻力的估计：层流流动 372

4.12.2 表面摩擦阻力的估计：湍流流动 374

4.12.3 转捩 376

4.12.4 流动分离 381

4.12.5 评注 386

4.13 应用空气动力学：流经翼型的真实情况 387

4.14 历史摘记：早期飞机设计和翼型厚度设计 398

4.15 历史摘记：库塔和茹科夫斯基与升力环量定理 403

4.16 总结 405

4.17 作业题 407

第5章 绕有限展长机翼的不可压缩流动 411

5.1 引言：下洗和诱导阻力 415

5.2 涡丝、毕奥—萨瓦法则和亥姆霍兹定理 420

5.3 普朗特经典升力线理论 424

5.3.1 椭圆升力分布 430

5.3.2 一般升力分布 435

5.3.3 展弦比的影响 438

5.3.4 物理内涵 444

5.4 一种非线性升力线数值方法 453

5.5 升力面理论和涡格法 457

5.6 应用空气动力学：三角翼 464

5.7 历史摘记：兰彻斯特和普朗特——有限翼展理论的早期发展 476

5.8 历史摘记：普朗特其人 480

5.9 总结 483

5.10 作业题 484

第6章 三维不可压缩流动 487

6.1 引言 487

6.2 三维点源 488

6.3 三维偶极子 490

6.4 绕球体的流动 492

6.4.1 三维泄流效应的相关说明 494

6.5 一般的三维流动：板块法 495

6.6 应用空气动力学：绕球体的流动的真实情形 497

6.7 应用空气动力学：飞机的升力和阻力 500

6.7.1 飞机的升力 500

6.7.2 飞机的阻力 502

6.7.3 计算流体力学在升阻力计算中的应用 507

6.8 总结 511

6.9 作业题 512

第3部分 无黏可压缩流动 513

第7章 可压缩流动：一些预备知识 515

7.1 引言 516

7.2 热力学的简单回顾 518

7.2.1 完全气体 518

7.2.2 内能和焓 518

7.2.3 热力学第一定律 523

7.2.4 熵和热力学第二定律 524

7.2.5 等熵关系式 526

7.3 压缩性的定义 530

7.4 无黏可压缩流动的控制方程 531

7.5 总（滞止）状态的定义 533

7.6 超声速流的一些知识：激波 540

7.7 总结 544

7.8 作业题 546

第8章 正激波以及相关概论 549

8.1 引言 550

8.2 正激波基本方程 551

8.3 声速 555

8.3.1 评注 563

8.4 能量方程的特殊形式 564

8.5 何时流动是可压缩的？ 572

8.6 正激波特性的计算 575

8.6.1 使用数表求解可压缩流动问题的说明 590

8.7 可压缩流中速度的测量 591

8.7.1 亚声速可压缩流 591

8.7.2 超声速流动 592

8.8 总结 596

8.9 作业题 599

第9章 斜激波与膨胀波 601

9.1 引言 602

9.2 斜激波关系式 608

9.3 尖楔与圆锥的超声速绕流 622

9.3.1 关于超声速升力系数和阻力系数的说明 625

9.4 激波干扰与反射 626

9.5 钝头体前的脱体激波 632

9.5.1 关于弯曲激波后流场的说明：熵梯度和旋度 636

9.6 普朗特—迈耶膨胀波 636

9.7 激波—膨胀波理论：对超声速翼型的应用 648

9.8 关于升力系数和阻力系数的评注 652

9.9 X-15 及其楔形剖面尾翼 652

9.10 黏性流动：激波／边界层干扰 657

9.11 历史摘记：马赫生平简介 659

9.12 总结 662

9.13 作业题 663

第10章 通过喷管、扩压器和风洞的可压缩流 669

10.1 引言 670

10.2 准一维流动的控制方程 672

10.3 喷管流动 681

10.3.1 更多关于质量流的讨论 695

10.4 扩压器 696

10.5 超声速风洞 698

10.6 黏性流动：喷管内的激波／边界层干扰 704

10.7 总结 706

10.8 作业题 707

第11章 绕翼型的亚声速可压缩流：线化理论 711

11.1 引言 712

11.2 速度势方程 714

11.3 线化速度势方程 717

11.4 普朗特—格劳厄特压缩性修正 722

11.5 改进的压缩性修正 727

11.6 临界马赫数 728

11.6.1 最小压力（最大速度）位置的讨论 737

11.7 阻力发散马赫数：声障 737

11.8 面积律 745

11.9 超临界翼型 747

11.10 CFD的应用：跨声速翼型和机翼 749

11.11 应用空气动力学：翼身融合体 754

11.12 历史摘记：高速翼型——早期研究和发展 760

11.13 历史摘记：后掠翼概念的起源 764

11.14 历史摘记：理查德·T.惠特科姆——面积率的建立和超临界翼型 773

11.15 总结 774

11.16 作业题 776

第12章 线化超声速流 779

12.1 引言 780

12.2 线化超声速流压力系数计算公式的推导 780

12.3 （线化理论对）超声速翼型的应用 784

12.4 黏性流动：超声速翼型阻力特性 790

12.5 总结 793

12.6 作业题 794

第13章 非线性超声速流的数值求解技术入门 797

13.1 引言：计算流体力学的基本原理 798

13.2 特征线方法基础 800

13.2.1 内场点 806

13.2.2 壁面点 807

13.3 超声速喷管设计 808

13.4 有限差分法基础 811

13.4.1 预估步 817

13.4.2 校正步 817

13.5 时间相关法：应用于超声速钝头体绕流 818

13.5.1 预估步 822

13.5.2 校正步 822

13.6 绕尖锥流动 826

13.6.1 尖锥流动物理特征 827

13.6.2 量化公式 828

13.6.3 数值过程 833

13.6.4 超声速尖锥绕流的物理特征 834

13.7 总结 837

13.8 作业题 838

第14章 高超声速流基础 839

14.1 引言 840

14.2 高超声速流的定性特征 841

14.3 牛顿理论 845

14.4 高超声速下机翼的升力和阻力：有迎角平板气动特性的牛顿理论解 849

14.4.1 有关估算精度的讨论 856

14.5 高超声速激波关系式及牛顿理论的另一角度讨论 860

14.6 马赫数无关性 864

14.7 高超声速空气动力学与计算流体力学 866

14.8 超高声速黏性流动：气动热 869

14.8.1 气动热和高超声速流动——两者间的关联 869

14.8.2 高超声速流动中钝头体与细长体的对比 871

14.8.3 作用于钝头体的气动热 874

14.9 应用高超声速空气动力学：高超声速乘波体 876

14.9.1 经黏性优化的乘波体 882

14.10 总结 890

14.11 作业题 890

第四部分 黏性流动 891

第15章 黏性流体基本原理和方程的介绍 893

15.1 引言 894

15.2 黏性流动的定性分析 895

15.3 黏性和热传导 903

15.4 N-S方程 908

15.5 黏性流动的能量守恒方程 912

15.6 相似参数 916

15.7 黏性流动的解：初步讨论 920

15.8 总结 923

15.9 作业题 925

第16章 一种特殊流动：库埃特流动 927

16.1 引言 927

16.2 库埃特流：总论 928

16.3 不可压缩（常物性）库埃特流 932

16.3.1 可忽略的黏性耗散 938

16.3.2 与壁面温度相等 939

16.3.3 绝热壁条件（绝热壁温） 941

16.3.4 恢复因子 944

16.3.5 雷诺比拟 945

16.3.6 小结 946

16.4 可压缩库埃特流 948

16.4.1 打靶法 950

16.4.2 时间相关的有限差分法 952

16.4.3 可压缩库埃特流的结果 956

16.4.4 一些解析的思路 958

16.5 总结 963

第17章 边界层引论 965

17.1 引言 966

17.2 边界层特性 968

17.3 边界层方程 974

17.4 如何求解边界层方程 977

17.5 总结 979

第18章 层流边界层 981

18.1 引言 981

18.2 流经平板的不可压缩流：布拉休斯解 982

18.3 流经平板的可压缩流 989

18.3.1 阻力随速度变化的讨论 1000

18.4 参考温度法 1001

18.4.1 新发展：米多尔—斯马特参考温度法 1004

18.5 驻点气动加热 1005

18.6 任意外形的边界层：有限差分解 1011

18.6.1 有限差分法 1012

18.7 总结 1017

18.8 作业题 1018

第19章 湍流边界层 1019

19.1 引言 1020

19.2 平板上的湍流边界层结果 1020

19.2.1 湍流的参考温度法 1022

19.2.2 湍流的米多尔—斯马特参考温度法 1024

19.2.3 翼型阻力的预测 1025

19.3 湍流模型 1025

19.3.1 B-L湍流模型 1026

19.4 最后的评注 1028

19.5 总结 1029

19.6 作业题 1030

第20章 N-S方程解：一些例子 1031

20.1 引言 1032

20.2 方法 1032

20.3 一些解决方案的例子 1033

20.3.1 后台阶流 1033

20.3.2 绕翼型的流动 1033

20.3.3 绕全机的流动 1036

20.3.4 激波／边界层干扰 1037

20.3.5 带凸起的翼型的绕流 1038

20.4 表面摩擦阻力预测的精确性问题 1040

20.5 总结 1045

附录A 等熵流参数表 1047

附录B 正激波参数表 1053

附录C 普朗特—迈耶关系式及马赫角 1057

附录D 标准大气参数表（国际标准制单位） 1061

附录E 标准大气参数表（英制单位） 1071

参考资料 1079

索引 1085