本書講述飛行器基本氣動(dòng)特性、理論計(jì)算方法和氣動(dòng)布局設(shè)計(jì)。內(nèi)容包括：氣體與流動(dòng)的基本性質(zhì)與描述；翼型低速空氣動(dòng)力特性；機(jī)翼低速和亞聲速空氣動(dòng)力特性；超聲速與跨聲速翼型和機(jī)翼的空氣動(dòng)力特性等。
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本書是為飛行器設(shè)計(jì)專業(yè)與力學(xué)專業(yè)本科生編寫的飛行器氣動(dòng)設(shè)計(jì)教材。本書主要以飛機(jī)為對(duì)象，介紹飛行器設(shè)計(jì)所需的基本氣動(dòng)理論，以及飛行器初步設(shè)計(jì)和部件設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的氣動(dòng)問題。在飛行器涉及的氣體與流動(dòng)基本性質(zhì)的基礎(chǔ)上，針對(duì)翼型和各類機(jī)翼，分別討論它們?cè)诘退�、亞聲速、跨聲速和超聲速流�?dòng)中的主要?dú)鈩?dòng)理論及其氣動(dòng)特性，介紹飛機(jī)氣動(dòng)布局，討論總體參數(shù)初步設(shè)計(jì)步驟，并詳細(xì)介紹飛機(jī)部件的氣動(dòng)設(shè)計(jì)原則、參數(shù)計(jì)算和選取方法，此外還對(duì)處于前沿的高超聲速飛行器氣動(dòng)特性及其設(shè)計(jì)原理進(jìn)行了介紹。意在提高學(xué)生綜合運(yùn)用基本氣動(dòng)原理和理論解決實(shí)際飛行器設(shè)計(jì)問題的能力。
本書是國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)新一輪教學(xué)改革課程建設(shè)工作的一部分，“飛行器氣動(dòng)設(shè)計(jì)”作為一門綜合性專業(yè)課程，強(qiáng)調(diào)流體力學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)、飛行器部件空氣動(dòng)力學(xué)及高超聲速空氣動(dòng)力學(xué)等基本理論與概念在飛行器氣動(dòng)設(shè)計(jì)中的實(shí)際應(yīng)用。本書內(nèi)容重點(diǎn)針對(duì)飛行器設(shè)計(jì)所需的氣動(dòng)理論，同時(shí)又帶有相當(dāng)部分的氣動(dòng)相關(guān)的飛行器設(shè)計(jì)內(nèi)容，目的在于使學(xué)生將氣動(dòng)原理融入飛行器設(shè)計(jì)進(jìn)行學(xué)習(xí)和理解。主要特點(diǎn)是：第一，介紹的空氣動(dòng)力學(xué)知識(shí)均為理解飛行器流動(dòng)所需，并未介紹最基本的流動(dòng)原理，因此讀者需要有一定的空氣動(dòng)力學(xué)或流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)；第二，設(shè)計(jì)部分重點(diǎn)在氣動(dòng)相關(guān)的飛行器設(shè)計(jì)部分內(nèi)容，不同于飛行器總體設(shè)計(jì)內(nèi)容的大而全；第三，配以大量的圖片素材，同時(shí)制作了多個(gè)三維模型動(dòng)畫或者流場(chǎng)動(dòng)畫，以加深讀者對(duì)一些重要知識(shí)點(diǎn)的理解。
本書根據(jù)作者多年講授“飛行器氣動(dòng)設(shè)計(jì)”課程的講稿編寫而成。國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)早期使用的教材是屈西曼所著的《飛機(jī)空氣動(dòng)力設(shè)計(jì)》，講授內(nèi)容結(jié)合實(shí)際教學(xué)反饋以及參考國內(nèi)相關(guān)優(yōu)秀教材，得以不斷修正和完善。教學(xué)中參考了國內(nèi)著名的“飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)”叢書，以及陸志良編著的《空氣動(dòng)力學(xué)》，錢翼稷編著的《空氣動(dòng)力學(xué)》，徐華舫編著的《空氣動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)》，黃志澄編著的《高超聲速飛行器空氣動(dòng)力學(xué)》，劉君編著的《飛行器部件空氣動(dòng)力學(xué)》，楊蚱生編著的《飛行器部件空氣動(dòng)力學(xué)》，顧誦芬編著的《飛機(jī)總體設(shè)計(jì)》，李為吉編著的《飛機(jī)總體設(shè)計(jì)》，方寶瑞編著的《飛機(jī)氣動(dòng)布局設(shè)計(jì)》等，同時(shí)引用了《世界飛機(jī)大全》、百度百科、空翼網(wǎng)的部分飛機(jī)數(shù)據(jù)。這里謹(jǐn)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(xué)CFD重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室葉友達(dá)研究員和南京航空航天大學(xué)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(dāng)之處在所難免，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。
目錄
前言
第1章 緒論 1
§1.1 概述 1
1.1.1 飛機(jī)的構(gòu)成 1
1.1.2 飛行器空氣動(dòng)力學(xué)與氣動(dòng)設(shè)計(jì)的任務(wù) 2
1.1.3 飛行器氣動(dòng)設(shè)計(jì)的地位和作用 3
1.1.4 飛行器氣動(dòng)設(shè)計(jì)的要求 6
1.1.5 氣動(dòng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容 8
§1.2 飛行器發(fā)展歷程簡介 10
1.2.1 第一個(gè)時(shí)期——飛行探索時(shí)期 10
1.2.2 第二個(gè)時(shí)期——活塞時(shí)期 17
1.2.3 第三個(gè)時(shí)期——噴氣式飛機(jī)時(shí)期 23
1.2.4 第四個(gè)時(shí)期——高超聲速飛行時(shí)期 37
復(fù)習(xí)與思考 44
第2章 氣體與流動(dòng)的基本性質(zhì)與描述 45
§2.1 氣體流動(dòng)基本規(guī)律 45
2.1.1 空氣的物理性質(zhì) 45
2.1.2 氣體與流動(dòng)的基本模型 48
§2.2 無黏流場(chǎng)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(diǎn)的不可壓位流 57
2.2.5 無黏不可壓縮流求解——奇點(diǎn)法 58
2.2.6 儒科夫斯基升力定理 60
§2.3 流動(dòng)的可壓縮性模型 60
2.3.1 簡單處理模型 61
2.3.2 小擾動(dòng)線化理論 61
§2.4 黏性作用與流動(dòng)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(dòng)分離 65
§2.5 適用于飛機(jī)的流動(dòng) 67
復(fù)習(xí)與思考 67
第3章 翼型低速空氣動(dòng)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(dòng)參數(shù) 77
§3.3 翼型低速流動(dòng)的繞流圖畫 82
3.3.1 翼型低速流動(dòng)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(dòng)特性 87
§3.5 翼型低速流動(dòng)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(dǎo) 89
3.5.3 薄翼理論的氣動(dòng)特性公式 92
復(fù)習(xí)與思考 98
第4章 機(jī)翼低速和亞聲速空氣動(dòng)力特性 99
§4.1 機(jī)翼及其低速氣動(dòng)模型 99
4.1.1 機(jī)翼的幾何參數(shù) 99
4.1.2 機(jī)翼的低速繞流圖畫 101
4.1.3 氣動(dòng)模型 103
§4.2 大展弦比直機(jī)翼的升力線理論 104
4.2.1 誘導(dǎo)速度、升力和誘導(dǎo)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(zhuǎn)機(jī)翼的氣動(dòng)特性 108
4.2.4 一般機(jī)翼環(huán)量沿展向的分布. (z) 112
4.2.5 一般無扭轉(zhuǎn)直機(jī)翼的氣動(dòng)特性 114
§4.3 升力面理論 122
§4.4 大展弦比后掠機(jī)翼的低速氣動(dòng)特性 125
§4.5 小展弦比機(jī)翼的低速氣動(dòng)特性 132
4.5.1 三角翼流動(dòng)分析 132
4.5.2 小展弦比機(jī)翼的流動(dòng)分析 135
§4.6 亞聲速可壓流中機(jī)翼的氣動(dòng)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(dòng)力特性 140
4.6.3 后掠翼的亞聲速空氣動(dòng)力特性 141
復(fù)習(xí)與思考 142
第5章 超聲速與跨聲速翼型和機(jī)翼的空氣動(dòng)力特性 143
§5.1 薄翼型的繞流流動(dòng)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(jí)近似理論結(jié)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(dòng)力特性 151
§5.3 機(jī)翼的超聲速空氣動(dòng)力特性 157
5.3.1 超聲速三維流場(chǎng)的基本概念 157
5.3.2 無限翼展斜置翼的超聲速空氣動(dòng)力特性 161
5.3.3 有限翼展薄機(jī)翼的超聲速繞流 164
§5.4 跨聲速流動(dòng)與臨界參數(shù) 165
§5.5 跨聲速繞流的流動(dòng)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(duì)氣動(dòng)特性的影響 172
§5.6 跨聲速機(jī)翼的空氣動(dòng)力特征 173
復(fù)習(xí)與思考 177
第6章 飛機(jī)氣動(dòng)布局初步設(shè)計(jì) 178
§6.1 飛機(jī)技術(shù)指標(biāo)分析 178
6.1.1 典型任務(wù)剖面 178
6.1.2 概念設(shè)計(jì)與方案論證中的技術(shù)要求分析 180
§6.2 飛機(jī)氣動(dòng)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(jī)的氣動(dòng)布局 199
§6.3 飛機(jī)初始總體參數(shù)的選擇 200
6.3.1 飛機(jī)的主要總體參數(shù) 200
6.3.2 初步重量估算 202
6.3.3 飛機(jī)的氣動(dòng)特性估算 205
6.3.4 確定飛機(jī)推重比，選擇發(fā)動(dòng)機(jī) 210
6.3.5 確定飛機(jī)的翼載 215
復(fù)習(xí)與思考 219
第7章 飛機(jī)部件的氣動(dòng)設(shè)計(jì) 220
§7.1 翼型與機(jī)翼的選擇與設(shè)計(jì) 220
7.1.1 翼型特性與飛機(jī)性能的關(guān)系 220
7.1.2 翼型基本技術(shù)指標(biāo)的確定 221
7.1.3 翼型的選擇考慮 224
7.1.4 機(jī)翼的氣動(dòng)設(shè)計(jì)原則 227
§7.2 機(jī)身設(shè)計(jì) 231
7.2.1 機(jī)身主要幾何外形設(shè)計(jì) 232
7.2.2 前機(jī)身外形設(shè)計(jì) 234
7.2.3 后機(jī)身外形設(shè)計(jì) 240
7.2.4 面積律修型 241
7.2.5 翼身融合體的氣動(dòng)設(shè)計(jì) 243
7.2.6 翼身整流 246
§7.3 變后掠機(jī)翼 246
7.3.1 變后掠機(jī)翼發(fā)展概況 247
7.3.2 變后掠機(jī)翼的氣動(dòng)特性 248
7.3.3 變后掠機(jī)翼的設(shè)計(jì) 250
§7.4 機(jī)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(dòng)設(shè)計(jì) 258
7.4.4 渦流發(fā)生器 260
7.4.5 動(dòng)力增升裝置 261
§7.5 副翼及橫向操縱面 262
7.5.1 飛機(jī)的穩(wěn)定性和操縱性 262
7.5.2 橫向操縱面的設(shè)計(jì)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(dòng)平尾 264
§7.6 減速板的氣動(dòng)設(shè)計(jì) 265
7.6.1 設(shè)計(jì)要求 266
7.6.2 設(shè)計(jì)原則 266
§7.7 保證縱向穩(wěn)定性和操縱性的氣動(dòng)力布局 266
7.7.1 縱向操縱面的設(shè)計(jì)要求 267
7.7.2 縱向操縱面形式的選擇 267
7.7.3 平尾設(shè)計(jì) 267
7.7.4 升降舵設(shè)計(jì) 270
§7.8 保證航向穩(wěn)定性和操縱性的氣動(dòng)力布局 271
7.8.1 航向操縱面的設(shè)計(jì)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(dòng)設(shè)計(jì) 274
7.9.1 基本概念 274
7.9.2 外形隱身設(shè)計(jì)的基本原則 277
7.9.3 外形隱身要求對(duì)氣動(dòng)布局及部件的影響 280
復(fù)習(xí)與思考 282
第8章 高超聲速飛行器氣動(dòng)設(shè)計(jì) 283
§8.1 高超聲速流動(dòng)的主要特征 283
§8.2 高超聲速飛行器氣動(dòng)特性計(jì)算方法介紹 286
8.2.1 高超聲速無黏流動(dòng)計(jì)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(dòng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)與要求 293
8.3.1 高超聲速飛行器氣動(dòng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn) 293
8.3.2 高超聲速飛行器對(duì)氣動(dòng)性能的要求 293
§8.4 高超聲速飛行器氣動(dòng)設(shè)計(jì) 295
8.4.1 彈道式再入飛行器的氣動(dòng)設(shè)計(jì) 296
8.4.2 飛船返回艙的氣動(dòng)設(shè)計(jì) 298
8.4.3 航天飛機(jī)的氣動(dòng)設(shè)計(jì) 302
復(fù)習(xí)與思考 305
參考文獻(xiàn) 306
附錄 307
附錄A 標(biāo)準(zhǔn)大氣表 307
附錄B 布雷蓋方程的推導(dǎo) 309
附錄C 飛機(jī)的翼型及機(jī)翼數(shù)據(jù) 311
附錄D 飛機(jī)的前、后緣增升裝置形式 314
附錄E 飛機(jī)動(dòng)力增升裝置簡介 316
附錄F 飛機(jī)副翼的幾何數(shù)據(jù) 318
附錄G 飛機(jī)繞流片的幾何數(shù)據(jù) 319
附錄H 飛機(jī)平尾和升降舵的幾何數(shù)據(jù) 320
附錄I 飛機(jī)垂尾和方向舵的幾何數(shù)據(jù) 322
附錄J 本書符號(hào)表 324
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