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第1章 低速运动物体升力产生机制1

1.1 引言2

1.1.1 力与升力2

1.1.2 流体力学基本方程的来源与分类5

1.1.3 一些重要的历史事件9

1.1.4 部分杰出空气动力学家介绍13

1.2 复势函数与勃拉休斯定理21

1.2.1 复势函数21

1.2.2 勃拉休斯定理23

1.3 保角变换26

1.3.1 保角变换及其性质26

1.3.2 两平面之间的速度关系与环量关系29

1.3.3 几种特殊变换与特殊流动，带攻角的流动，绕角的流动30

1.4 儒可夫斯基翼型流动36

1.4.1 儒可夫斯基对称翼型36

1.4.2 一般儒可夫斯基翼型38

1.5 库塔条件与计算升力的数学理论39

1.5.1 库塔条件39

1.5.2 环量的确定43

1.5.3 儒可夫斯基升力定理44

1.5.4 绕平板与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 最大升力系数50

1.6 固壁干扰与镜像法，多点涡圆柱绕流52

1.6.1 直壁影响52

1.6.2 圆壁的干扰53

1.6.3 风洞实验的洞壁修正55

1.6.4 多点涡圆柱绕流57

1.7 升力产生机制的进一步描述59

1.7.1 概述59

1.7.2 升力产生机制的常见解释61

1.7.3 升力产生机制的总结63

1.8 升力产生的粘性机制与球类运动空气动力学64

1.8.1 无分离与有分离圆柱或圆球的压力分布65

1.8.2 马格努斯效应与球类运动69

1.8.3 非旋转效应76

1.9 鸟类与昆虫飞行升力机制简介79

1.9.1 翱翔（滑翔）79

1.9.2 低频简单扑翼80

1.9.3 高频复杂扑翼82

附录Ⅰ 复变函数相关知识84

Ⅰ.1 复变量基本定义与基本运算公式84

Ⅰ.2 解析函数85

Ⅰ.3 极值与留数定理86

Ⅰ.4 多极点留数的简化87

Ⅰ.5 柯西公式88

附录Ⅱ Schwarz-Christoffel变换90

Ⅱ.1 Schwarz-Chrisoffel变换与定理90

Ⅱ.2 Schwarz-Christoffel变换的若干应用92

Ⅱ.3 昆虫问题95

本章习题100

本章参考文献105

第2章 低速翼型与机翼流动107

2.1 翼型的几何定义108

2.2 气动参数定义111

2.2.1 升力与阻力，升阻比111

2.2.2 力矩，压力中心，焦点113

2.2.3 力矩在飞行器控制中的意义118

2.3 薄翼理论119

2.3.1 基本思想119

2.3.2 薄翼理论基本方程的求解122

2.3.3 薄翼的气动特性123

2.4 厚翼处理：面涡法127

2.5 机翼的几何特征、升力线理论与气动特性129

2.5.1 机翼的几何形状与气动参数129

2.5.2 定性分析133

2.5.3 升力线理论135

2.5.4 升力面理论与涡格法149

2.5.5 地面效应157

附录Ⅲ 旋涡的若干概念与性质158

附录Ⅳ 毕奥－萨伐尔定律及其应用160

附录Ⅴ 定积分的证明162

附录Ⅵ 各种机翼的低速气动特性分析163

Ⅵ.1 大展弦比机翼的失速特性163

Ⅵ.2 后掠翼的气动特性164

Ⅵ.3 小展弦比机翼的气动特性与涡升力167

本章习题169

本章参考文献172

第3章 高速空气动力学173

3.1 可压缩流动与—维定常流动理论173

3.1.1 可压缩流动概述173

3.1.2 三障现象175

3.1.3 激波与激波厚度178

3.1.4 绝热流动与非绝热流动181

3.1.5 等熵流动190

3.1.6 小扰动、影响区域、马赫角与马赫锥192

3.1.7 正激波关系式193

3.1.8 一维定常流动理论197

3.2 高速流动的小扰动理论210

3.2.1 理想等熵定常流动的基本方程211

3.2.2 小扰动基本方程214

3.2.3 线化的物面边界条件217

3.2.4 线化压力系数218

3.2.5 阿克莱经典问题，波阻219

3.2.6 滑移线不稳定分析224

3.2.7 亚音速线化流动的相似法则228

3.2.8 超音速二维机翼的线化解236

3.2.9 超音速气流与亚音速气流的本质区别243

3.3 超音速流动243

3.3.1 特征线理论244

3.3.2 传统膨胀波理论254

3.3.3 斜激波262

3.3.4 超音速翼型与机翼流动270

3.4 跨音速流动277

3.4.1 临界马赫数与临界压力278

3.4.2 机翼绕流图画，极限特征线279

3.4.3 跨音速相似律283

3.4.4 超临界翼型286

3.4.5 跨音速面积律289

3.4.6 速度图法292

3.4.7 卡门－钱学森公式296

本章习题301

本章参考文献309

第4章 空气动力学中的粘性流动基础310

4.1 粘性流动基本方程的各种形式讨论313

4.1.1 牛顿本构关系的两种推导313

4.1.2 N-S方程的多样性318

4.1.3 高温混合气体能量方程，组元守恒方程，反应热的物理意义322

4.1.4 高温混合气体方程组的求解过程326

4.1.5 平衡流、非平衡流与冻结流328

4.2 不可压流动边界层基本方程及其求解332

4.2.1 边界层基本方程与勃拉休斯解333

4.2.2 温度边界层方程与求解337

4.3 与边界层流动相关的基本概念340

4.3.1 边界层厚度与无粘流理论的边界层修正340

4.3.2 边界层分离342

4.4 可压缩与高超音速边界层基本方程与求解346

4.4.1 可压缩与高超音速边界层基本方程347

4.4.2 可压缩与高超音速边界层基本方程相似性变换348

4.4.3 可压缩平板边界层绕流相似性解352

4.4.4 驻点绕流相似性解353

4.4.5 可压缩边界层能量方程的克罗柯－布赛曼解356

4.4.6 绝热壁的恢复温度与复温因子357

4.5 有化学反应高速边界层流动方程及相似性解359

4.5.1 基本方程359

4.5.2 边界条件363

4.5.3 相似性解364

4.6 湍流及湍流模拟概述367

4.6.1 转捩与稳定性的基本概念367

4.6.2 湍流特征376

4.6.3 光滑壁面湍流边界层的结构379

4.6.4 湍流统计平均方法382

4.6.5 雷诺平均方法、湍流半经验理论与最简单的湍流模型383

4.6.6 湍流代数模型与二阶矩模型387

4.6.7 转捩／湍流模型394

4.6.8 湍流直接模拟与大涡模拟397

4.7 升阻力、升阻比与气动热的估算404

4.7.1 摩擦系数与换热系数404

4.7.2 翼型与机翼的升阻比估算409

4.7.3 气动热计算公式414

4.7.4 驻点热流的进一步讨论与计算公式应用419

附录Ⅶ 分子粘性系数、热传导系数和扩散系数423

Ⅶ.1 分子粘性系数423

Ⅶ.2 热传导系数425

Ⅶ.3 扩散系数426

Ⅶ.4 总热传导系数与平衡普朗特数429

本章习题430

本章参考文献435