引言 1
一、世界空气动力学的发展脉络 1
二、我国空气动力学的发展历程 3
三、我国空气动力学在国防和国民经济建设中的作用 7
四、近期我国空气动力学的发展 9
五、中国空气动力学会和首部蓝皮书 10
第1章 低跨超声速空气动力学 12
1.1 基础理论与前沿技术研究 15
1.1.1 基于风洞虚拟飞行试验的空气动力学／飞行力学非线性耦合机理 15
1.1.2 大尺度空腔高速复杂流动／振动／噪声耦合机理及控制方法 17
1.1.3 流动控制技术 22
1.1.4 大型飞机风洞试验数据修正技术 24
1.1.5 气动声学 26
1.1.6 旋翼空气动力学 27
1.2 科研试验基础设备设施 29
1.2.1 常规气动力试验设备 29
1.2.2 其他类型试验设备 37
1.3 试验技术 42
1.3.1 边界层转捩模拟试验技术 42
1.3.2 翼型双天平测力试验技术 42
1.3.3 条带支撑试验技术 42
1.3.4 大迎角试验技术 44
1.3.5 脉动压力试验技术 44
1.3.6 进气道试验技术 44
1.3.7 发动机进排气动力模拟风洞试验技术 46
1.3.8 推力矢量风洞试验技术 46
1.3.9 螺旋桨动力模拟试验技术 47
1.3.10 旋转天平试验技术 48
1.3.11 动导数试验技术 48
1.3.12 多自由度动态试验技术 50
1.3.13 水平风洞模型自由飞试验技术 51
1.3.14 虚拟飞行试验技术 51
1.3.15 静气动弹性试验技术 52
1.3.16 捕获轨迹试验技术 53
1.3.17 投放试验技术 54
1.3.18 增升装置试验技术 54
1.3.19 结冰试验技术 55
1.3.20 基于MEMS的近壁流动测量技术 56
1.3.21 连续变迎角试验技术 57
1.3.22 直升机旋翼试验技术 57
1.4 在国防与经济社会发展中的应用和贡献 59
1.4.1 大型客机 59
1.4.2 航天飞行器 60
1.4.3 通用飞机 60
参考文献 60
第2章 高超声速空气动力学 63
2.1 基础理论与前沿技术研究 64
2.1.1 高超声速气动布局设计 64
2.1.2 高超声速热防护技术 66
2.1.3 高超声速CFD技术 69
2.1.4 湍流、转捩与燃烧 75
2.1.5 高超声速RCS喷流及复杂干扰流动 77
2.1.6 复杂多物理效应 77
2.2 科研试验基础设备设施 84
2.2.1 气动力、热试验设备 84
2.2.2 防热试验设备 92
2.2.3 其他类型试验设备 97
2.3 试验技术 101
2.3.1 防热试验测试技术 101
2.3.2 气动力试验测试技术 107
2.4 在国防与经济社会发展中的应用和贡献 115
2.4.1 探月工程 115
2.4.2 火星探测 115
参考文献 115
第3章 物理气体动力学 120
3.1 基础理论与前沿技术研究 121
3.1.1 高精度物性参数计算方法 121
3.1.2 宽温域气体状态方程理论 121
3.1.3 高温、高压爆轰精密建模 121
3.1.4 高温、高压CFD方法 122
3.1.5 高温、高压界面不稳定性与混合理论 123
3.1.6 气动物理学理论 126
3.1.7 等离子体利用技术 128
3.1.8 主动热防护技术 130
3.2 科研试验基础设备设施 130
3.3 试验技术 131
参考文献 132
第4章 计算空气动力学 135
4.1 基础理论与前沿技术研究 137
4.1.1 几何处理和网格生成 137
4.1.2 物理建模 142
4.1.3 高精度格式 150
4.1.4 多学科耦合数值模拟 153
4.1.5 多目标、多学科优化设计 163
4.1.6 高性能计算 166
4.1.7 气动力建模与参数辨识 167
4.2 计算空气动力学软件建设 170
4.2.1 CFD软件研制 170
4.2.2 CFD软件的验证与确认 170
4.3 大型计算机及附属设施 174
4.3.1 中国空气动力研究与发展中心千万亿次级计算中心 174
4.3.2 航空工业研究院高性能计算中心 175
4.3.3 中国航空工业空气动力研究院高性能数值模拟集群 175
4.4 在国防与经济社会发展中的应用和贡献 176
4.4.1 C919大型客机 176
4.4.2 高速列车 177
4.4.3 深空探测 177
参考文献 178
第5章 风工程与工业空气动力学 184
5.1 基础理论与前沿技术研究 185
5.1.1 结构风工程 185
5.1.2 环境风工程 193
5.1.3 车辆空气动力学 198
5.2 科研试验基础设备设施 201
5.2.1 结构风工程试验设备 201
5.2.2 环境风工程试验设备 203
5.2.3 车辆空气动力学试验设备 204
5.3 试验技术 207
5.4 在国防与经济社会发展中的应用和贡献 208
参考文献 209
第6章 风能空气动力学 211
6.1 基础理论与前沿技术研究 212
6.1.1 非定常风力机空气动力学 212
6.1.2 风力机复杂旋转流场的建模与仿真技术 215
6.1.3 风力机专用翼型族及叶片设计 216
6.1.4 风力机气动弹性及耦合的动态响应特征 217
6.1.5 风力机气动噪声的产生机理与降噪策略 219
6.1.6 风力机结冰问题 219
6.1.7 垂直轴风力机技术 220
6.2 科研试验基础设备设施 222
6.2.1 结冰风洞 222
6.2.2 试验风场 222
6.2.3 3m×1.6 m二元翼型风洞 222
6.2.4 风力机气-液-固综合试验研究平台 223
6.2.5 风力机自动测试控制平台 223
6.3 试验技术 224
6.3.1 整机风洞试验技术 224
6.3.2 翼型风洞试验技术 225
6.3.3 外场实测技术 226
6.4 在国防与经济社会发展中的应用和贡献 226
6.4.1 自主研发的软件应用于整机设计、分析与评估 226
6.4.2 自主研发的大型风力机专用翼型应用于兆瓦级及多兆瓦级叶片的设计 227
6.4.3 风力机防除冰研究成果用于机组设计和风电场运营 227
6.4.4 试验技术进步助力学科发展和风力机产品研发 227
参考文献 228
第7章 气动弹性力学 231
7.1 基础理论与前沿技术研究进展 233
7.1.1 低速气动弹性问题 233
7.1.2 亚跨超声速气动弹性问题 236
7.1.3 高超声速气动弹性问题 237
7.2 科研试验基础设备设施 239
7.3 试验技术 240
7.3.1 低速气动弹性试验技术 240
7.3.2 亚跨超声速气动弹性试验技术 242
7.3.3 高超声速气弹试验技术 244
7.4 在国防与经济社会发展中的应用和贡献 245
参考文献 245
第8章 空气动力学测控技术 250
8.1 气动力测试技术 251
8.2 气动载荷测试技术 253
8.2.1 脉动压力试验测试技术 253
8.2.2 压力敏感涂料测压技术 253
8.3 气动热测试技术 256
8.3.1 磷光热图技术 256
8.3.2 温度敏感涂料测试技术 257
8.3.3 红外热图测试技术 257
8.3.4 热流传感器测热技术 259
8.4 防热试验测试技术 260
8.5 目标特性测试技术 261
8.6 气动噪声测试技术 262
8.7 风洞控制技术 263
8.7.1 风洞流场参数控制及仿真技术 263
8.7.2 风洞电液伺服控制及仿真技术 264
8.8 其他测控技术 264
8.8.1 超高速碰撞与动能毁伤测试技术 264
8.8.2 表面摩擦阻力测试技术 264
8.8.3 视频形变测量技术 266
8.8.4 翼型风洞试验测试技术 266
8.8.5 冰形测量技术 267
参考文献 267
第9章 流动显示技术 270
9.1 科研试验基础设备设施 271
9.2 测试技术 273
9.2.1 PIV技术 273
9.2.2 密度显示与测量技术 279
9.2.3 超声速与燃烧流场测量技术 284
9.2.4 干涉瑞利散射 285
9.2.5 相干反斯托克斯拉曼散射测量技术 286
9.2.6 超声速流场／燃烧场诊断与测量系统 286
9.2.7 相位多普勒测量仪测量技术 287
9.2.8 油流显示与测量技术 288
9.2.9 全息干涉技术 289
参考文献 290
第10章 空气动力学科研和教育机构 291
10.1 主要科研机构 291
10.1.1 中国空气动力研究与发展中心 291
10.1.2 中国航天空气动力技术研究院 292
10.1.3 中国航空工业空气动力研究院 293
10.1.4 中国科学院力学研究所 293
10.1.5 北京应用物理与计算数学研究所 294
10.1.6 其他 295
10.2 主要教育机构 295
10.2.1 北京航空航天大学 295
10.2.2 南京航空航天大学 296
10.2.3 西北工业大学 296
10.2.4 国防科技大学 297
10.2.5 北京大学 297
10.2.6 清华大学 298
10.2.7 中国科学技术大学 298
10.2.8 复旦大学 299
10.2.9 天津大学 299
10.2.10 上海交通大学 299
10.2.11 西安交通大学 300
10.2.12 中南大学 300
10.2.13 同济大学 301
10.2.14 中国科学院大学 301
10.2.15 浙江大学 302
10.2.16 大连理工大学 303
10.2.17 北京理工大学 303
第11章 重要学术活动和重要事件 304
11.1 重要学术活动 304
11.1.1 低跨超声速空气动力学 304
11.1.2 高超声速空气动力学 305
11.1.3 计算空气动力学 307
11.1.4 物理气体动力学 308
11.1.5 空气动力学测控技术 309
11.1.6 风工程与工业空气动力学 310
11.1.7 风能空气动力学 311
11.1.8 流动显示技术 312
11.1.9 气动弹性力学 312
11.2 重要事件 313
11.2.1 低跨超声速空气动力学 313
11.2.2 高超声速空气动力学 313
11.2.3 计算空气动力学 314
11.2.4 物理气体动力学 315
11.2.5 风工程与工业空气动力学 315
11.2.6 风能空气动力学 316
11.2.7 气动弹性力学 316
第12章 空气动力学展望 317
12.1 空气动力学相关领域的发展趋势 317
12.1.1 航空领域 317
12.1.2 航天领域 318
12.1.3 地面交通领域 319
12.1.4 其他领域 319
12.2 空气动力学面临的挑战性问题 320
12.3 空气动力研究手段的进一步发展 321
12.3.1 风洞试验 322
12.3.2 数值模拟 322
12.3.3 模型飞行试验 323
12.3.4 三大手段研究融合 323
12.4 结束语 324
后记 325
附表1 试验设备 329
附表2 CFD相关软件 339
缩略语 358
彩插 363