空天力学系列教材：空气动力学基础 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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曾明，刘伟，邹建军 编

图书标签:

• 空气动力学
• 空天力学
• 流体力学
• 航空工程
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• 基础理论
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• 理工科
• 高等教育
• 工程技术

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030471819

版次：1

商品编码：11870224

包装：平装

丛书名： 空天力学系列教材

开本：16开

出版时间：2016-02-01

用纸：胶版纸

页数：335

字数：490000

正文语种：中文

编辑推荐

　　《空天力学系列教材：空气动力学基础》可作为力学与航空航天类专业的本科教材，也可供有关专业的研究生、教师、科研人员和工程技术人员作为基础参考书。

内容简介

　　《空天力学系列教材：空气动力学基础》讲述空气动力学的基础内容。全书分7章，第1～3章为基本概念和基本原理，包括流体的物理属性及流体静力学、流体运动学基础、流体动力学的基本方程组，第4～6章讨论各类简化流动的数学求解、基本流动规律和主要应用，包括理想不可压平面无旋流动、无黏可压缩流动、黏性不可压流动与边界层。第7章简要介绍翼型和细长旋成体在低速、亚声速和超声速时的气动力特性计算方法。
　　《空天力学系列教材：空气动力学基础》可作为力学与航空航天类专业的本科教材，也可供有关专业的研究生、教师、科研人员和工程技术人员作为基础参考书。

内页插图

目录

前言
绪论
0.1空气动力学的研究对象、范围及分类
0.2历史概述
0.2.1公元前到19世纪的流体力学发展
0.2.220世纪：空气动力学建立完整体系
0.3空气动力学的研究方法
0.3.1理论分析方法
0.3.2试验方法
0.3.3数值方法
第1章流体的物理属性及流体静力学
1.1流体的连续介质模型
1.1.1连续介质假设
1.1.2分子平均自由程
1.1.3流体的宏观特性及流体物理量
1.1.4连续介质假设的适用范围
1.1.5流体质点与流体微团
1.2流体的流动性、黏性与理想无黏流体
1.2.1流体的流动性
1.2.2流体黏性的表现
1.2.3牛顿内摩擦定律
1.2.4黏度（黏性系数）
1.2.5理想无黏性流体
1.2.6气体的导热性
1.3完全气体的热力学特性
1.3.1完全气体状态方程
1.3.2气体的内能
1.3.3热力学第一定律、焓和比热容
1.3.4热力学第二定律和熵
1.3.5等熵关系式
1.3.6声速
1.4流体的可压缩性与不可压流动
1.4.1流体的可压缩性和可压缩系数
1.4.2流体的弹性和弹性模量
1.4.3不可压流体／流动与可压缩流体／流动
1.4.4采用马赫数划分流动范围的物理内涵
1.5作用在流体微团上的力
1.5.1彻体力
1.5.2表面力
1.5.3流体内一点处的压强
1.6流体静力学
1.6.1流体静力学的基本方程——欧拉静平衡方程
1.6.2静平衡方程的应用举例
1.7国际标准大气
1.7.1大气分层情况及各层特点
1.7.2国际标准大气条件计算
第2章流体运动学基础
2.1流体运动的描述方法和流场
2.1.1拉格朗日法
2.1.2欧拉法
2.1.3拉格朗日法和欧拉法的转换
2.1.4流场
2.1.5随体导数（物质导数、实质导数、质点导数）
2.2流体运动的几何描述
2.2.1迹线
2.2.2流线
2.2.3流管和流面
2.2.4脉线
2.3流体微团的运动分析
2.3.1流体微团运动过程中形状变化特点
2.3.2流体微团的基本运动形式
2.3，3流体微团中毗邻点的速度关系
2.3.4流体微团基本运动形式的分析（数学表达）
2.3.5亥姆霍兹速度分解定理
2.3.6流动实例分析
2.4有旋流动
2.4.1有旋流动的一般概念、涡线和涡管
2.4.2速度环量及其与涡通量的关系
2.4.3涡管强度守恒定理及推论
2.4.4旋涡的诱导速度
第3章流体动力学的基本方程组
3.1引言
3.1.1动力学任务与基本原则
3.1.2系统（流体微团）与控制体（微元体）
3.1.3积分形式和微分形式的基本方程
3.1.4雷诺输运定理
3.2质量方程
3.2.1微分形式的质量方程（连续方程）
3.2.2积分形式的质量方程
3，3运动微分方程
3.3.1应力形式的运动微分方程
3.3.2牛顿流体的应力与应变率关系
3.3.3纳维—斯托克斯方程
3.4积分形式的动量方程
3.4.1积分形式动量方程的推导
4.2积分形式动量方程的应用
3.4.3积分形式的动量矩方程及应用
3.5理想流体的欧拉方程及其积分
3.5.1理想流体的欧拉方程
3.5.2兰姆一葛罗米柯方程
3.5.3欧拉方程的积分
3.5.4应用举例
3.6理想流体的旋涡定理
3.6.1亥姆霍兹方程
3.6.2开尔文环量守恒定理
3.6.3亥姆霍兹旋涡定理
3.7理想流体的能量方程
3.7.1微分形式的总能方程
3.7.2微分形式能量方程的其他形式
3.7.3积分形式的能量方程
3.8流体动力学方程组的封闭性和定解条件
3.8.1方程组的封闭性
3.8.2定解条件
3.9流动相似与相似参数
3.9.1流动控制方程和定解条件的无量纲化
3.9.2相似律和相似参数
第4章理想不可压平面无旋流动
4.1引言
4.2理想不可压平面流动的势函数与流函数
4.2.1无旋流动的势函数
4.2.2连续方程与流函数
4.3不可压平面无旋动求解概述
4.3.1不可压平面无旋流的基本方程
4.3.2不可压平面无旋流求解的物理问题叙述和数学问题提法
4.3.3方程求解方法
4.4几种简单的不可压平面无旋流动（基本解）
4.4.1直匀流
4.4.2点源与点汇
4.4.3偶极子
4.4.4点涡
4.4.5基本解的小结
4.5简单的流动叠加举例
4.5.1圆柱的无环量绕流（直匀流+偶极子）
4.5.2圆柱的有环量绕流
4.6低速翼型绕流
4.6.1低速翼型的绕流特点
4，6.2翼型绕流的变换
4.6.3库塔—儒科夫斯基后缘条件及环量的确定
4.6.4翼型绕流环量的产生
第5章无黏可压缩流动
5.1声速和马赫锥
5.1.1声速计算式的导出
5.1.2小扰动影响区的划分，马赫锥
5.2绝热流和等熵流的基本关系
5.2.1一维定常绝热流能量方程及其特征常数
5.2.2特征马赫数
5.2.3沿流线的绝热流和等熵流的基本关系式
5.2.4气体压缩性的影响
5.3正激波
5.3.1激波的形成过程简述
5.3.2激波的厚度及激波的数学模型
5.3.3研究正激波前后气流关系的基本方程
5.3.4正激波前后的参数关系
5.4斜激波
5.4.1引言
5.4.2斜激波与正激波的关系
5.4，3斜激波的基本关系式
5.5普朗特—迈耶膨胀波
5.5.1超声速定常气流绕凸角的平面流动的图像
5.5.2普朗特—迈耶膨胀波关系式
5.5.3超声速气流绕二维曲面的流动
5.6激波—膨胀波理论对超声速翼型的应用
5.6.1超声速气流绕流平板翼型
5.6.2超声速气流绕流菱形翼型
5.6.3超声速气流绕流双弧翼型
5.7气体沿变截面管道的流动
5.7.1准一维定常流动的控制方程
5.7.2等熵条件下流动参数与截面积的微分关系
5.7.3喷管的流速与流量的计算
5.7.4拉瓦尔喷管的设计工况
5.7.5亚声速工况
5.7.6管内或管口出现正激波工况
5.7.7管外出现斜激波或膨胀波的工况
……
第6章黏性不可压流动与边界层
第7章翼型与细长旋成体气动特性的近似计算方法
习题
参考文献
附录A标准大气参数表
附录B等熵流特性
附录C正激波特性
附录D普朗特—迈耶函数和马赫角

前言/序言

空天力学系列教材：空气动力学基础 图书简介 本书是“空天力学系列教材”中的核心一本，旨在系统、深入地阐述空气动力学的基础理论、基本原理以及工程应用。本书的编写严格遵循航空航天领域对空气动力学知识的系统性和严谨性要求，力求为读者构建一个扎实、全面的理论框架。 全书内容覆盖了流体力学与气体动力学的基本概念，重点聚焦于空气在不同速度和不同物理条件下的流动特性，以及这些特性如何影响飞行器的设计与性能。 第一部分：基础理论与概述 本书伊始，首先对空气动力学进行了全面界定，明确了其研究范畴和在现代工程中的核心地位。详细介绍了空气动力学的历史沿革，从早期的实验探索到现代基于复杂数值方法的理论发展。 随后，内容深入到流体力学和气体动力学的基本假设与模型。清晰阐述了连续介质假设、牛顿流体、欧拉方程、纳维-斯托克斯（Navier-Stokes, N-S）方程的物理意义及数学形式。重点讨论了宏观和微观尺度的联系，为后续分析奠定了坚实的物理基础。 第二部分：低速空气动力学（可压缩流体基础） 本部分是全书的基石之一，集中探讨了马赫数远小于 0.3 的情况，此时空气的密度变化可忽略不计。 1. 流场分析基础： 详细讲解了流线的概念、速度势函数和流函数在二维无旋流动中的应用。通过引入伯努利方程，解释了流速变化与压强变化的内在联系，这是理解升力和阻力的起点。 2. 翼型理论： 深入解析了二维翼型理论。从最基础的库塔-茹科夫斯基定理（Kutta-Joukowski Theorem）出发，阐述了环量、升力和力矩的精确计算方法。继而引入了薄翼型理论（如卡门-密歇耳斯法）和更精确的叠加原理，用以分析复杂翼型截面的气动特性。对翼型剖面设计中的关键参数，如迎角、厚度比、弯度等对升阻特性的影响进行了详尽的图解和公式推导。 3. 三维翼面效应： 将理论从二维推广至三维。重点阐述了有限翼展对气动性能的影响，如诱导阻力的产生机理。详细介绍了下洗角（Downwash）的概念，并系统讲解了马格努斯理论（Lifting-line Theory）和环量分布理论，用以精确计算三维机翼的升阻特性和非均匀载荷分布。 第三部分：高速空气动力学与激波现象（高可压缩流体） 随着飞行器速度的提升，空气的可压缩性效应变得不可忽视，本部分旨在解析超音速和高超音速飞行的独特现象。 1. 可压缩流动的基本概念： 详细介绍了声速、马赫数对流场特性的决定性影响。深入分析了等熵流动的基本方程组，并针对管道流动中的摩擦、热传导等非理想因素，介绍了著名的管道流动（Rayleigh Flow）和等熵流动的计算方法。 2. 激波理论： 激波是高超音速飞行的核心现象。本书详细推导和分析了正激波和斜激波。利用斜激波关系式（Oblique Shock Relations），系统分析了迎角、侧滑角变化对激波角度和下游气流参数的影响。通过对激波结构、强度和能量耗散的讨论，阐明了激波对飞行器阻力的巨大贡献。 3. 膨胀波与超声速流动的控制： 介绍了普朗特-迈耶（Prandtl-Meyer）膨胀波理论，用于分析气流绕过尖锐凸角或凹角时的等熵膨胀过程，这对设计超声速进气道和喷管至关重要。 4. 高超声速气动： 引入了高超音速流动的特殊性，如空气化学反应、热效应等。重点阐述了牛顿流体力学（Newtonian Flow Theory）及其修正形式在低阻力体气动分析中的应用。 第四部分：粘性流与边界层理论 气体的粘性是影响飞行器气动性能，特别是阻力和气动热的关键因素。本部分将理论焦点转向粘性流动的内部结构。 1. 边界层概念的建立： 详细阐述了“边界层”的物理图像，解释了摩擦力产生于边界层内部。引入了普朗特对边界层理论的基本假设。 2. 边界层方程与解法： 重点推导了适用于层流和湍流的普朗特-布劳修斯（Blasius）方程，并通过相似解法求解了平板上层流边界层的速度剖面、动量厚度及摩擦阻力。 3. 转捩与湍流边界层： 讨论了边界层从层流向湍流的转捩过程及其对气动力的影响。给出了湍流边界层的经验模型和半经验公式（如十七次方率律），并探讨了如何通过表面处理或气流控制（如吹吸气）来延迟转捩或减小摩擦阻力。 4. 气动热与隔热设计： 结合高超音速流动中边界层内的温度升高问题，讨论了气动加热的机理，以及如何根据气动热负荷选择合适的材料和热防护策略。 第五部分：实验与数值方法 空气动力学研究离不开实验验证和数值模拟。本部分介绍了现代空气动力学研究的实践工具。 1. 空气动力学实验技术： 详细介绍了风洞的类型（如低速、高速、超音速、低密度风洞），以及关键的测量技术，包括压力测量、速度场测量（如皮托管、全息干涉）、以及流场显示技术（如烟雾可视化、颗粒成像测速PIM）。特别强调了模型支撑系统和数据采集的误差控制。 2. 计算空气动力学（CFD）基础： 概述了计算流体力学方法。讲解了求解N-S方程的常用数值格式，如有限差分法、有限体积法。重点讨论了网格生成、求解器选择（如隐式/显式格式）以及湍流模型（如RANS模型，如 $k-epsilon$、$k-omega$ 模型）在工程应用中的选择和局限性。 结论与展望 本书最后总结了空气动力学在飞机、火箭、导弹、无人机等现代飞行器设计中的综合应用，并对跨速域流动、非定常气动等前沿研究方向进行了展望。 全书配有大量的工程算例、习题和图表，旨在帮助读者将理论知识与实际工程问题紧密结合，为有志于从事航空、航天、风能等领域的工程师和科研人员打下坚实的理论基础。 注：本书严格围绕空气动力学的基础理论、可压缩流动、边界层和计算方法展开论述，不涉及结构动力学、控制系统、推进原理或材料科学等其他空天力学分支的具体内容。

评分☆☆☆☆☆

作为一名航空航天工程的在读研究生，我怀着探索空气动力学更深层奥秘的心态翻开了这本“空天力学系列教材：空气动力学基础”。这本书的叙述风格严谨而系统，对于连续介质力学基本假设的引入，以及由此推导出的纳维-斯托克斯方程的讲解，让我对流体运动的本质有了更深刻的理解。书中对各种流动现象的分析，例如绕翼型流动、激波和膨胀波的形成与传播，都进行了细致的数学建模和物理阐释。我印象深刻的是关于亚音速、跨音速、超音速和高超音速流动的分类与特性分析，书中通过对比不同马赫数下流动的显著差异，让我清晰地认识到不同速度区间对空气动力学特性的巨大影响。例如，在跨音速流动中，局部超音速区的出现及其带来的奇特现象，书中给出的解释就非常有启发性。此外，本书在计算方法方面也有所涉猎，虽然深度有限，但提及的一些数值模拟的思想，例如有限体积法和有限差分法，为我后续学习更高级的CFD技术提供了初步的指引。总而言之，这本书是一部相当扎实的理论基础教材，为从事相关研究打下了坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

我是一名爱好者，纯粹出于对飞行原理的好奇而购买了这本“空天力学系列教材：空气动力学基础”。这本书以一种非常友好的方式，向我这个“门外汉”介绍了空气动力学这门学科。它没有一开始就抛出复杂的数学公式，而是从生活中的现象入手，比如风吹过旗帜，鸟儿如何飞翔，让空气动力学变得不再遥远。书中对于升力和阻力产生的基本原理的解释，比如翼型的剖面形状如何影响气流速度进而产生压力差，让我豁然开朗。作者还用大量的图示来辅助理解，比如对不同翼型剖面示意图的展示，以及不同迎角下流场的可视化，都极大地降低了理解门槛。我特别喜欢书中关于“涡”的概念的介绍，它将抽象的流体运动描绘得生动形象，让我仿佛看到了空气在翅膀周围跳跃、旋转。虽然对于一些更复杂的公式我可能还无法完全理解，但整体上，这本书满足了我对飞行基本原理的好奇心，让我对飞机之所以能够飞起来，有了一个初步而清晰的认识。它是一本很好的科普读物，让我对科学产生了更浓厚的兴趣。

评分☆☆☆☆☆

这套“空天力学系列教材：空气动力学基础”虽然是我的启蒙读物，但读完后，我更多的是一种意犹未尽和对未来学习的憧憬。书中从最基础的流体性质开始，循序渐进地介绍了空气动力学的核心概念，比如压强、密度、粘度等等，这些都为理解后续内容打下了坚实的基础。我尤其喜欢作者对于伯努利方程的推导过程，他不仅给出了数学上的严谨证明，还结合了直观的流体模型，让我这个初学者也能领略到其中的优雅。而关于流动的不同类型，如层流和湍流的介绍，则让我初步认识到现实世界的复杂性，以及在建模时需要做出的简化和近似。书中的插图非常精美，清晰地描绘了不同流动状态下的流线和涡结构，让我脑海中对抽象的力学概念有了具体的图像。虽然全书篇幅不算特别厚重，但信息量却相当大，每一个公式、每一个定义都值得反复推敲。它就像一扇窗户，让我得以窥见航空航天领域那深邃而迷人的世界，也让我意识到，要真正掌握这门学科，还需要更深入的学习和大量的实践。

评分☆☆☆☆☆

这本“空天力学系列教材：空气动力学基础”的出版，可以说填补了我对航空航天领域某些知识的空白。在学习过程中，我发现其内容涵盖了空气动力学中最基本也是最重要的几个方面。书本对动量守恒、能量守恒在流体中的应用进行了深入的探讨，并以此为基础推导了伯努利方程和能量方程，这些基本方程是理解空气动力学现象的基石。书中关于相似性原理的阐述，例如雷诺数和马赫数在模型试验中的重要性，让我认识到如何通过缩小的模型来模拟真实的飞行器性能，这对于工程实践具有极其重要的意义。此外，对边界层理论的介绍，虽然篇幅不长，但清晰地阐述了粘性力在流体边界附近的作用，以及它对流动分离的影响，这一点对于理解飞行器的气动外形设计至关重要。本书在理论推导和概念讲解上都力求严谨，同时也注重与实际应用的结合，虽然具体的工程案例不多，但其理论基础足够支撑对大部分基本气动现象的理解。

评分☆☆☆☆☆

作为一名航空模型爱好者，我一直想更深入地理解我的模型飞机为何能够翱翔蓝天。“空天力学系列教材：空气动力学基础”这本书，为我打开了新世界的大门。它用一种相对容易接受的方式，解释了空气动力学中的基本概念，例如空气的密度、压力以及速度之间的关系。书中对升力产生的机理的讲解，尤其是翼型形状的作用，让我明白了为什么我的模型飞机需要特定的机翼剖面。对于阻力的分析，包括形状阻力、摩擦阻力等，也让我对如何优化模型飞机的设计有了初步的认识。虽然书中涉及到一些数学公式，但我可以根据图示和文字描述，大致理解其含义。它并没有过于强调高深的数学推导，而是更侧重于原理的阐释。我觉得这本书的价值在于，它让我能够站在更高的角度去审视我的模型飞机，不再是简单的组装和试飞，而是对背后的科学原理有了基本的认知。它激发了我进一步学习空气动力学知识的兴趣，希望未来能应用这些知识来改进我的模型设计。

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