空天力學係列教材：空氣動力學基礎 下載 mobi epub pdf 電子書 在線閱讀 2026

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　　《空天力學係列教材：空氣動力學基礎》可作為力學與航空航天類專業的本科教材，也可供有關專業的研究生、教師、科研人員和工程技術人員作為基礎參考書。

內容簡介

　　《空天力學係列教材：空氣動力學基礎》講述空氣動力學的基礎內容。全書分7章，第1～3章為基本概念和基本原理，包括流體的物理屬性及流體靜力學、流體運動學基礎、流體動力學的基本方程組，第4～6章討論各類簡化流動的數學求解、基本流動規律和主要應用，包括理想不可壓平麵無鏇流動、無黏可壓縮流動、黏性不可壓流動與邊界層。第7章簡要介紹翼型和細長鏇成體在低速、亞聲速和超聲速時的氣動力特性計算方法。
　　《空天力學係列教材：空氣動力學基礎》可作為力學與航空航天類專業的本科教材，也可供有關專業的研究生、教師、科研人員和工程技術人員作為基礎參考書。

內頁插圖

目錄

前言
緒論
0.1空氣動力學的研究對象、範圍及分類
0.2曆史概述
0.2.1公元前到19世紀的流體力學發展
0.2.220世紀：空氣動力學建立完整體係
0.3空氣動力學的研究方法
0.3.1理論分析方法
0.3.2試驗方法
0.3.3數值方法
第1章流體的物理屬性及流體靜力學
1.1流體的連續介質模型
1.1.1連續介質假設
1.1.2分子平均自由程
1.1.3流體的宏觀特性及流體物理量
1.1.4連續介質假設的適用範圍
1.1.5流體質點與流體微團
1.2流體的流動性、黏性與理想無黏流體
1.2.1流體的流動性
1.2.2流體黏性的錶現
1.2.3牛頓內摩擦定律
1.2.4黏度（黏性係數）
1.2.5理想無黏性流體
1.2.6氣體的導熱性
1.3完全氣體的熱力學特性
1.3.1完全氣體狀態方程
1.3.2氣體的內能
1.3.3熱力學第一定律、焓和比熱容
1.3.4熱力學第二定律和熵
1.3.5等熵關係式
1.3.6聲速
1.4流體的可壓縮性與不可壓流動
1.4.1流體的可壓縮性和可壓縮係數
1.4.2流體的彈性和彈性模量
1.4.3不可壓流體／流動與可壓縮流體／流動
1.4.4采用馬赫數劃分流動範圍的物理內涵
1.5作用在流體微團上的力
1.5.1徹體力
1.5.2錶麵力
1.5.3流體內一點處的壓強
1.6流體靜力學
1.6.1流體靜力學的基本方程——歐拉靜平衡方程
1.6.2靜平衡方程的應用舉例
1.7國際標準大氣
1.7.1大氣分層情況及各層特點
1.7.2國際標準大氣條件計算
第2章流體運動學基礎
2.1流體運動的描述方法和流場
2.1.1拉格朗日法
2.1.2歐拉法
2.1.3拉格朗日法和歐拉法的轉換
2.1.4流場
2.1.5隨體導數（物質導數、實質導數、質點導數）
2.2流體運動的幾何描述
2.2.1跡綫
2.2.2流綫
2.2.3流管和流麵
2.2.4脈綫
2.3流體微團的運動分析
2.3.1流體微團運動過程中形狀變化特點
2.3.2流體微團的基本運動形式
2.3，3流體微團中毗鄰點的速度關係
2.3.4流體微團基本運動形式的分析（數學錶達）
2.3.5亥姆霍茲速度分解定理
2.3.6流動實例分析
2.4有鏇流動
2.4.1有鏇流動的一般概念、渦綫和渦管
2.4.2速度環量及其與渦通量的關係
2.4.3渦管強度守恒定理及推論
2.4.4鏇渦的誘導速度
第3章流體動力學的基本方程組
3.1引言
3.1.1動力學任務與基本原則
3.1.2係統（流體微團）與控製體（微元體）
3.1.3積分形式和微分形式的基本方程
3.1.4雷諾輸運定理
3.2質量方程
3.2.1微分形式的質量方程（連續方程）
3.2.2積分形式的質量方程
3，3運動微分方程
3.3.1應力形式的運動微分方程
3.3.2牛頓流體的應力與應變率關係
3.3.3納維—斯托剋斯方程
3.4積分形式的動量方程
3.4.1積分形式動量方程的推導
4.2積分形式動量方程的應用
3.4.3積分形式的動量矩方程及應用
3.5理想流體的歐拉方程及其積分
3.5.1理想流體的歐拉方程
3.5.2蘭姆一葛羅米柯方程
3.5.3歐拉方程的積分
3.5.4應用舉例
3.6理想流體的鏇渦定理
3.6.1亥姆霍茲方程
3.6.2開爾文環量守恒定理
3.6.3亥姆霍茲鏇渦定理
3.7理想流體的能量方程
3.7.1微分形式的總能方程
3.7.2微分形式能量方程的其他形式
3.7.3積分形式的能量方程
3.8流體動力學方程組的封閉性和定解條件
3.8.1方程組的封閉性
3.8.2定解條件
3.9流動相似與相似參數
3.9.1流動控製方程和定解條件的無量綱化
3.9.2相似律和相似參數
第4章理想不可壓平麵無鏇流動
4.1引言
4.2理想不可壓平麵流動的勢函數與流函數
4.2.1無鏇流動的勢函數
4.2.2連續方程與流函數
4.3不可壓平麵無鏇動求解概述
4.3.1不可壓平麵無鏇流的基本方程
4.3.2不可壓平麵無鏇流求解的物理問題敘述和數學問題提法
4.3.3方程求解方法
4.4幾種簡單的不可壓平麵無鏇流動（基本解）
4.4.1直勻流
4.4.2點源與點匯
4.4.3偶極子
4.4.4點渦
4.4.5基本解的小結
4.5簡單的流動疊加舉例
4.5.1圓柱的無環量繞流（直勻流+偶極子）
4.5.2圓柱的有環量繞流
4.6低速翼型繞流
4.6.1低速翼型的繞流特點
4，6.2翼型繞流的變換
4.6.3庫塔—儒科夫斯基後緣條件及環量的確定
4.6.4翼型繞流環量的産生
第5章無黏可壓縮流動
5.1聲速和馬赫錐
5.1.1聲速計算式的導齣
5.1.2小擾動影響區的劃分，馬赫錐
5.2絕熱流和等熵流的基本關係
5.2.1一維定常絕熱流能量方程及其特徵常數
5.2.2特徵馬赫數
5.2.3沿流綫的絕熱流和等熵流的基本關係式
5.2.4氣體壓縮性的影響
5.3正激波
5.3.1激波的形成過程簡述
5.3.2激波的厚度及激波的數學模型
5.3.3研究正激波前後氣流關係的基本方程
5.3.4正激波前後的參數關係
5.4斜激波
5.4.1引言
5.4.2斜激波與正激波的關係
5.4，3斜激波的基本關係式
5.5普朗特—邁耶膨脹波
5.5.1超聲速定常氣流繞凸角的平麵流動的圖像
5.5.2普朗特—邁耶膨脹波關係式
5.5.3超聲速氣流繞二維麯麵的流動
5.6激波—膨脹波理論對超聲速翼型的應用
5.6.1超聲速氣流繞流平闆翼型
5.6.2超聲速氣流繞流菱形翼型
5.6.3超聲速氣流繞流雙弧翼型
5.7氣體沿變截麵管道的流動
5.7.1準一維定常流動的控製方程
5.7.2等熵條件下流動參數與截麵積的微分關係
5.7.3噴管的流速與流量的計算
5.7.4拉瓦爾噴管的設計工況
5.7.5亞聲速工況
5.7.6管內或管口齣現正激波工況
5.7.7管外齣現斜激波或膨脹波的工況
……
第6章黏性不可壓流動與邊界層
第7章翼型與細長鏇成體氣動特性的近似計算方法
習題
參考文獻
附錄A標準大氣參數錶
附錄B等熵流特性
附錄C正激波特性
附錄D普朗特—邁耶函數和馬赫角

前言/序言

空天力學係列教材：空氣動力學基礎 圖書簡介 本書是“空天力學係列教材”中的核心一本，旨在係統、深入地闡述空氣動力學的基礎理論、基本原理以及工程應用。本書的編寫嚴格遵循航空航天領域對空氣動力學知識的係統性和嚴謹性要求，力求為讀者構建一個紮實、全麵的理論框架。 全書內容覆蓋瞭流體力學與氣體動力學的基本概念，重點聚焦於空氣在不同速度和不同物理條件下的流動特性，以及這些特性如何影響飛行器的設計與性能。 第一部分：基礎理論與概述 本書伊始，首先對空氣動力學進行瞭全麵界定，明確瞭其研究範疇和在現代工程中的核心地位。詳細介紹瞭空氣動力學的曆史沿革，從早期的實驗探索到現代基於復雜數值方法的理論發展。 隨後，內容深入到流體力學和氣體動力學的基本假設與模型。清晰闡述瞭連續介質假設、牛頓流體、歐拉方程、納維-斯托剋斯（Navier-Stokes, N-S）方程的物理意義及數學形式。重點討論瞭宏觀和微觀尺度的聯係，為後續分析奠定瞭堅實的物理基礎。 第二部分：低速空氣動力學（可壓縮流體基礎） 本部分是全書的基石之一，集中探討瞭馬赫數遠小於 0.3 的情況，此時空氣的密度變化可忽略不計。 1. 流場分析基礎： 詳細講解瞭流綫的概念、速度勢函數和流函數在二維無鏇流動中的應用。通過引入伯努利方程，解釋瞭流速變化與壓強變化的內在聯係，這是理解升力和阻力的起點。 2. 翼型理論： 深入解析瞭二維翼型理論。從最基礎的庫塔-茹科夫斯基定理（Kutta-Joukowski Theorem）齣發，闡述瞭環量、升力和力矩的精確計算方法。繼而引入瞭薄翼型理論（如卡門-密歇耳斯法）和更精確的疊加原理，用以分析復雜翼型截麵的氣動特性。對翼型剖麵設計中的關鍵參數，如迎角、厚度比、彎度等對升阻特性的影響進行瞭詳盡的圖解和公式推導。 3. 三維翼麵效應： 將理論從二維推廣至三維。重點闡述瞭有限翼展對氣動性能的影響，如誘導阻力的産生機理。詳細介紹瞭下洗角（Downwash）的概念，並係統講解瞭馬格努斯理論（Lifting-line Theory）和環量分布理論，用以精確計算三維機翼的升阻特性和非均勻載荷分布。 第三部分：高速空氣動力學與激波現象（高可壓縮流體） 隨著飛行器速度的提升，空氣的可壓縮性效應變得不可忽視，本部分旨在解析超音速和高超音速飛行的獨特現象。 1. 可壓縮流動的基本概念： 詳細介紹瞭聲速、馬赫數對流場特性的決定性影響。深入分析瞭等熵流動的基本方程組，並針對管道流動中的摩擦、熱傳導等非理想因素，介紹瞭著名的管道流動（Rayleigh Flow）和等熵流動的計算方法。 2. 激波理論： 激波是高超音速飛行的核心現象。本書詳細推導和分析瞭正激波和斜激波。利用斜激波關係式（Oblique Shock Relations），係統分析瞭迎角、側滑角變化對激波角度和下遊氣流參數的影響。通過對激波結構、強度和能量耗散的討論，闡明瞭激波對飛行器阻力的巨大貢獻。 3. 膨脹波與超聲速流動的控製： 介紹瞭普朗特-邁耶（Prandtl-Meyer）膨脹波理論，用於分析氣流繞過尖銳凸角或凹角時的等熵膨脹過程，這對設計超聲速進氣道和噴管至關重要。 4. 高超聲速氣動： 引入瞭高超音速流動的特殊性，如空氣化學反應、熱效應等。重點闡述瞭牛頓流體力學（Newtonian Flow Theory）及其修正形式在低阻力體氣動分析中的應用。 第四部分：粘性流與邊界層理論 氣體的粘性是影響飛行器氣動性能，特彆是阻力和氣動熱的關鍵因素。本部分將理論焦點轉嚮粘性流動的內部結構。 1. 邊界層概念的建立： 詳細闡述瞭“邊界層”的物理圖像，解釋瞭摩擦力産生於邊界層內部。引入瞭普朗特對邊界層理論的基本假設。 2. 邊界層方程與解法： 重點推導瞭適用於層流和湍流的普朗特-布勞修斯（Blasius）方程，並通過相似解法求解瞭平闆上層流邊界層的速度剖麵、動量厚度及摩擦阻力。 3. 轉捩與湍流邊界層： 討論瞭邊界層從層流嚮湍流的轉捩過程及其對氣動力的影響。給齣瞭湍流邊界層的經驗模型和半經驗公式（如十七次方率律），並探討瞭如何通過錶麵處理或氣流控製（如吹吸氣）來延遲轉捩或減小摩擦阻力。 4. 氣動熱與隔熱設計： 結閤高超音速流動中邊界層內的溫度升高問題，討論瞭氣動加熱的機理，以及如何根據氣動熱負荷選擇閤適的材料和熱防護策略。 第五部分：實驗與數值方法 空氣動力學研究離不開實驗驗證和數值模擬。本部分介紹瞭現代空氣動力學研究的實踐工具。 1. 空氣動力學實驗技術： 詳細介紹瞭風洞的類型（如低速、高速、超音速、低密度風洞），以及關鍵的測量技術，包括壓力測量、速度場測量（如皮托管、全息乾涉）、以及流場顯示技術（如煙霧可視化、顆粒成像測速PIM）。特彆強調瞭模型支撐係統和數據采集的誤差控製。 2. 計算空氣動力學（CFD）基礎： 概述瞭計算流體力學方法。講解瞭求解N-S方程的常用數值格式，如有限差分法、有限體積法。重點討論瞭網格生成、求解器選擇（如隱式/顯式格式）以及湍流模型（如RANS模型，如 $k-epsilon$、$k-omega$ 模型）在工程應用中的選擇和局限性。 結論與展望 本書最後總結瞭空氣動力學在飛機、火箭、導彈、無人機等現代飛行器設計中的綜閤應用，並對跨速域流動、非定常氣動等前沿研究方嚮進行瞭展望。 全書配有大量的工程算例、習題和圖錶，旨在幫助讀者將理論知識與實際工程問題緊密結閤，為有誌於從事航空、航天、風能等領域的工程師和科研人員打下堅實的理論基礎。 注：本書嚴格圍繞空氣動力學的基礎理論、可壓縮流動、邊界層和計算方法展開論述，不涉及結構動力學、控製係統、推進原理或材料科學等其他空天力學分支的具體內容。