本書講述飛行器基本氣動特性、理論計算方法和氣動布局設計。內容包括：氣體與流動的基本性質與描述；翼型低速空氣動力特性；機翼低速和亞聲速空氣動力特性；超聲速與跨聲速翼型和機翼的空氣動力特性等。
更多科學出版社服務，請掃碼獲取。
本書是為飛行器設計專業(yè)與力學專業(yè)本科生編寫的飛行器氣動設計教材。本書主要以飛機為對象，介紹飛行器設計所需的基本氣動理論，以及飛行器初步設計和部件設計時需要考慮的氣動問題。在飛行器涉及的氣體與流動基本性質的基礎上，針對翼型和各類機翼，分別討論它們在低速、亞聲速、跨聲速和超聲速流動中的主要氣動理論及其氣動特性，介紹飛機氣動布局，討論總體參數(shù)初步設計步驟，并詳細介紹飛機部件的氣動設計原則、參數(shù)計算和選取方法，此外還對處于前沿的高超聲速飛行器氣動特性及其設計原理進行了介紹。意在提高學生綜合運用基本氣動原理和理論解決實際飛行器設計問題的能力。
本書是國防科學技術大學新一輪教學改革課程建設工作的一部分，“飛行器氣動設計”作為一門綜合性專業(yè)課程，強調流體力學、空氣動力學、飛行器部件空氣動力學及高超聲速空氣動力學等基本理論與概念在飛行器氣動設計中的實際應用。本書內容重點針對飛行器設計所需的氣動理論，同時又帶有相當部分的氣動相關的飛行器設計內容，目的在于使學生將氣動原理融入飛行器設計進行學習和理解。主要特點是：第一，介紹的空氣動力學知識均為理解飛行器流動所需，并未介紹最基本的流動原理，因此讀者需要有一定的空氣動力學或流體力學基礎知識；第二，設計部分重點在氣動相關的飛行器設計部分內容，不同于飛行器總體設計內容的大而全；第三，配以大量的圖片素材，同時制作了多個三維模型動畫或者流場動畫，以加深讀者對一些重要知識點的理解。
本書根據(jù)作者多年講授“飛行器氣動設計”課程的講稿編寫而成。國防科學技術大學早期使用的教材是屈西曼所著的《飛機空氣動力設計》，講授內容結合實際教學反饋以及參考國內相關優(yōu)秀教材，得以不斷修正和完善。教學中參考了國內著名的“飛機設計手冊”叢書，以及陸志良編著的《空氣動力學》，錢翼稷編著的《空氣動力學》，徐華舫編著的《空氣動力學基礎》，黃志澄編著的《高超聲速飛行器空氣動力學》，劉君編著的《飛行器部件空氣動力學》，楊蚱生編著的《飛行器部件空氣動力學》，顧誦芬編著的《飛機總體設計》，李為吉編著的《飛機總體設計》，方寶瑞編著的《飛機氣動布局設計》等，同時引用了《世界飛機大全》、百度百科、空翼網的部分飛機數(shù)據(jù)。這里謹向各位作者致以崇高的敬意和深深的感謝！
本書在編寫過程中，得到了北京航空航天大學CFD重點實驗室葉友達研究員和南京航空航天大學程克明教授的寶貴意見和建議，在此向他們表示衷心的感謝！
本書由李樺、田正雨、潘沙編寫，最后由李樺統(tǒng)編定稿。由于水平所限，不當之處在所難免，懇請讀者批評指正。
目錄
前言
第1章 緒論 1
§1.1 概述 1
1.1.1 飛機的構成 1
1.1.2 飛行器空氣動力學與氣動設計的任務 2
1.1.3 飛行器氣動設計的地位和作用 3
1.1.4 飛行器氣動設計的要求 6
1.1.5 氣動設計的內容 8
§1.2 飛行器發(fā)展歷程簡介 10
1.2.1 第一個時期——飛行探索時期 10
1.2.2 第二個時期——活塞時期 17
1.2.3 第三個時期——噴氣式飛機時期 23
1.2.4 第四個時期——高超聲速飛行時期 37
復習與思考 44
第2章 氣體與流動的基本性質與描述 45
§2.1 氣體流動基本規(guī)律 45
2.1.1 空氣的物理性質 45
2.1.2 氣體與流動的基本模型 48
§2.2 無黏流場的描述方法 53
2.2.1 速度位方程 53
2.2.2 線化位流方程 55
2.2.3 壓力系數(shù) 56
2.2.4 幾種帶奇點的不可壓位流 57
2.2.5 無黏不可壓縮流求解——奇點法 58
2.2.6 儒科夫斯基升力定理 60
§2.3 流動的可壓縮性模型 60
2.3.1 簡單處理模型 61
2.3.2 小擾動線化理論 61
§2.4 黏性作用與流動分離 63
2.4.1 附著流型被破壞的主要原因——黏性的相互作用 63
2.4.2 三維流動分離 65
§2.5 適用于飛機的流動 67
復習與思考 67
第3章 翼型低速空氣動力特性 68
§3.1 翼型概述 68
3.1.1 翼型的幾何參數(shù) 68
3.1.2 翼型的發(fā)展與族系 70
§3.2 氣動參數(shù) 77
§3.3 翼型低速流動的繞流圖畫 82
3.3.1 翼型低速流動的繞流圖畫介紹 82
3.3.2 翼型繞流的分離與失速 85
§3.4 翼型氣動特性 87
§3.5 翼型低速流動的薄翼理論 89
3.5.1 薄翼理論的思路 89
3.5.2 薄翼理論的推導 89
3.5.3 薄翼理論的氣動特性公式 92
復習與思考 98
第4章 機翼低速和亞聲速空氣動力特性 99
§4.1 機翼及其低速氣動模型 99
4.1.1 機翼的幾何參數(shù) 99
4.1.2 機翼的低速繞流圖畫 101
4.1.3 氣動模型 103
§4.2 大展弦比直機翼的升力線理論 104
4.2.1 誘導速度、升力和誘導阻力 104
4.2.2 用于確定. (z)的基本積分-微分方程 107
4.2.3 橢圓形環(huán)量分布無扭轉機翼的氣動特性 108
4.2.4 一般機翼環(huán)量沿展向的分布. (z) 112
4.2.5 一般無扭轉直機翼的氣動特性 114
§4.3 升力面理論 122
§4.4 大展弦比后掠機翼的低速氣動特性 125
§4.5 小展弦比機翼的低速氣動特性 132
4.5.1 三角翼流動分析 132
4.5.2 小展弦比機翼的流動分析 135
§4.6 亞聲速可壓流中機翼的氣動特性 137
4.6.1 普朗特.格勞特法則 138
4.6.2 翼型的亞聲速空氣動力特性 140
4.6.3 后掠翼的亞聲速空氣動力特性 141
復習與思考 142
第5章 超聲速與跨聲速翼型和機翼的空氣動力特性 143
§5.1 薄翼型的繞流流動分析 143
5.1.1 超聲速薄翼繞流受力分析 143
5.1.2 翼型的超聲速繞流圖畫 144
§5.2 薄翼型超聲速繞流的線化理論 145
5.2.1 線化理論 146
5.2.2 一級近似理論結果 147
5.2.3 壓力系數(shù)的疊加法 148
5.2.4 線化理論薄翼型的空氣動力特性 151
§5.3 機翼的超聲速空氣動力特性 157
5.3.1 超聲速三維流場的基本概念 157
5.3.2 無限翼展斜置翼的超聲速空氣動力特性 161
5.3.3 有限翼展薄機翼的超聲速繞流 164
§5.4 跨聲速流動與臨界參數(shù) 165
§5.5 跨聲速繞流的流動特征 168
5.5.1 翼型的跨聲速繞流 168
5.5.2 超臨界翼型 171
5.5.3 翼型主要幾何參數(shù)對氣動特性的影響 172
§5.6 跨聲速機翼的空氣動力特征 173
復習與思考 177
第6章 飛機氣動布局初步設計 178
§6.1 飛機技術指標分析 178
6.1.1 典型任務剖面 178
6.1.2 概念設計與方案論證中的技術要求分析 180
§6.2 飛機氣動布局介紹與選擇 186
6.2.1 常規(guī)布局 187
6.2.2 無尾布局 189
6.2.3 鴨式布局 193
6.2.4 三翼面布局 196
6.2.5 飛翼布局 197
6.2.6 典型類型飛機的氣動布局 199
§6.3 飛機初始總體參數(shù)的選擇 200
6.3.1 飛機的主要總體參數(shù) 200
6.3.2 初步重量估算 202
6.3.3 飛機的氣動特性估算 205
6.3.4 確定飛機推重比，選擇發(fā)動機 210
6.3.5 確定飛機的翼載 215
復習與思考 219
第7章 飛機部件的氣動設計 220
§7.1 翼型與機翼的選擇與設計 220
7.1.1 翼型特性與飛機性能的關系 220
7.1.2 翼型基本技術指標的確定 221
7.1.3 翼型的選擇考慮 224
7.1.4 機翼的氣動設計原則 227
§7.2 機身設計 231
7.2.1 機身主要幾何外形設計 232
7.2.2 前機身外形設計 234
7.2.3 后機身外形設計 240
7.2.4 面積律修型 241
7.2.5 翼身融合體的氣動設計 243
7.2.6 翼身整流 246
§7.3 變后掠機翼 246
7.3.1 變后掠機翼發(fā)展概況 247
7.3.2 變后掠機翼的氣動特性 248
7.3.3 變后掠機翼的設計 250
§7.4 機翼的增升裝置 254
7.4.1 后緣增升裝置 255
7.4.2 前緣增升裝置 256
7.4.3 增升裝置的氣動設計 258
7.4.4 渦流發(fā)生器 260
7.4.5 動力增升裝置 261
§7.5 副翼及橫向操縱面 262
7.5.1 飛機的穩(wěn)定性和操縱性 262
7.5.2 橫向操縱面的設計要求 263
7.5.3 橫向操縱面形式的選擇 263
7.5.4 副翼與襟副翼 263
7.5.5 擾流片和差動平尾 264
§7.6 減速板的氣動設計 265
7.6.1 設計要求 266
7.6.2 設計原則 266
§7.7 保證縱向穩(wěn)定性和操縱性的氣動力布局 266
7.7.1 縱向操縱面的設計要求 267
7.7.2 縱向操縱面形式的選擇 267
7.7.3 平尾設計 267
7.7.4 升降舵設計 270
§7.8 保證航向穩(wěn)定性和操縱性的氣動力布局 271
7.8.1 航向操縱面的設計要求 271
7.8.2 航向操縱面形式的選擇 271
7.8.3 垂尾 272
7.8.4 方向舵 273
7.8.5 腹鰭 273
§7.9 考慮隱身影響的氣動設計 274
7.9.1 基本概念 274
7.9.2 外形隱身設計的基本原則 277
7.9.3 外形隱身要求對氣動布局及部件的影響 280
復習與思考 282
第8章 高超聲速飛行器氣動設計 283
§8.1 高超聲速流動的主要特征 283
§8.2 高超聲速飛行器氣動特性計算方法介紹 286
8.2.1 高超聲速無黏流動計算方法 287
8.2.2 高超聲速邊界層理論簡介 292
§8.3 高超聲速飛行器氣動設計的特點與要求 293
8.3.1 高超聲速飛行器氣動設計的特點 293
8.3.2 高超聲速飛行器對氣動性能的要求 293
§8.4 高超聲速飛行器氣動設計 295
8.4.1 彈道式再入飛行器的氣動設計 296
8.4.2 飛船返回艙的氣動設計 298
8.4.3 航天飛機的氣動設計 302
復習與思考 305
參考文獻 306
附錄 307
附錄A 標準大氣表 307
附錄B 布雷蓋方程的推導 309
附錄C 飛機的翼型及機翼數(shù)據(jù) 311
附錄D 飛機的前、后緣增升裝置形式 314
附錄E 飛機動力增升裝置簡介 316
附錄F 飛機副翼的幾何數(shù)據(jù) 318
附錄G 飛機繞流片的幾何數(shù)據(jù) 319
附錄H 飛機平尾和升降舵的幾何數(shù)據(jù) 320
附錄I 飛機垂尾和方向舵的幾何數(shù)據(jù) 322
附錄J 本書符號表 324
書單推薦
