飞行器气动设计

定　　价：88 元

丛书名：空天力学系列教材

• 作者：李桦, 田正雨, 潘沙编著
• 出版时间：2017/3/1
• ISBN：9787030507105
• 出 版 社：科学出版社

适用读者:飞行器设计专业与力学专业本科，有关专业研究生、教师、科研人员和工程技术人员

• 中图法分类：V211.47 
• 页码：334
• 纸张：胶版纸
• 版次：1
• 开本：16K
• 字数：(单位：千字)

内容简介

本书讲述飞行器基本气动特性、理论计算方法和气动布局设计。内容包括：气体与流动的基本性质与描述；翼型低速空气动力特性；机翼低速和亚声速空气动力特性；超声速与跨声速翼型和机翼的空气动力特性等。

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序 言

　　本书是为飞行器设计专业与力学专业本科生编写的飞行器气动设计教材。本书主要以飞机为对象，介绍飞行器设计所需的基本气动理论，以及飞行器初步设计和部件设计时需要考虑的气动问题。在飞行器涉及的气体与流动基本性质的基础上，针对翼型和各类机翼，分别讨论它们在低速、亚声速、跨声速和超声速流动中的主要气动理论及其气动特性，介绍飞机气动布局，讨论总体参数初步设计步骤，并详细介绍飞机部件的气动设计原则、参数计算和选取方法，此外还对处于前沿的高超声速飞行器气动特性及其设计原理进行了介绍。意在提高学生综合运用基本气动原理和理论解决实际飞行器设计问题的能力。

　　本书是国防科学技术大学新一轮教学改革课程建设工作的一部分，“飞行器气动设计”作为一门综合性专业课程，强调流体力学、空气动力学、飞行器部件空气动力学及高超声速空气动力学等基本理论与概念在飞行器气动设计中的实际应用。本书内容重点针对飞行器设计所需的气动理论，同时又带有相当部分的气动相关的飞行器设计内容，目的在于使学生将气动原理融入飞行器设计进行学习和理解。主要特点是：第一，介绍的空气动力学知识均为理解飞行器流动所需，并未介绍最基本的流动原理，因此读者需要有一定的空气动力学或流体力学基础知识；第二，设计部分重点在气动相关的飞行器设计部分内容，不同于飞行器总体设计内容的大而全；第三，配以大量的图片素材，同时制作了多个三维模型动画或者流场动画，以加深读者对一些重要知识点的理解。

　　本书根据作者多年讲授“飞行器气动设计”课程的讲稿编写而成。国防科学技术大学早期使用的教材是屈西曼所著的《飞机空气动力设计》，讲授内容结合实际教学反馈以及参考国内相关优秀教材，得以不断修正和完善。教学中参考了国内著名的“飞机设计手册”丛书，以及陆志良编著的《空气动力学》，钱翼稷编著的《空气动力学》，徐华舫编著的《空气动力学基础》，黄志澄编著的《高超声速飞行器空气动力学》，刘君编著的《飞行器部件空气动力学》，杨蚱生编著的《飞行器部件空气动力学》，顾诵芬编著的《飞机总体设计》，李为吉编著的《飞机总体设计》，方宝瑞编著的《飞机气动布局设计》等，同时引用了《世界飞机大全》、百度百科、空翼网的部分飞机数据。这里谨向各位作者致以崇高的敬意和深深的感谢！

　　本书在编写过程中，得到了北京航空航天大学CFD重点实验室叶友达研究员和南京航空航天大学程克明教授的宝贵意见和建议，在此向他们表示衷心的感谢！

　　本书由李桦、田正雨、潘沙编写，最后由李桦统编定稿。由于水平所限，不当之处在所难免，恳请读者批评指正。

目 录

目录
前言
第1章 绪论 1
§1.1 概述 1
1.1.1 飞机的构成 1
1.1.2 飞行器空气动力学与气动设计的任务 2
1.1.3 飞行器气动设计的地位和作用 3
1.1.4 飞行器气动设计的要求 6
1.1.5 气动设计的内容 8
§1.2 飞行器发展历程简介 10
1.2.1 第一个时期——飞行探索时期 10
1.2.2 第二个时期——活塞时期 17
1.2.3 第三个时期——喷气式飞机时期 23
1.2.4 第四个时期——高超声速飞行时期 37
复习与思考 44
第2章 气体与流动的基本性质与描述 45
§2.1 气体流动基本规律 45
2.1.1 空气的物理性质 45
2.1.2 气体与流动的基本模型 48
§2.2 无黏流场的描述方法 53
2.2.1 速度位方程 53
2.2.2 线化位流方程 55
2.2.3 压力系数 56
2.2.4 几种带奇点的不可压位流 57
2.2.5 无黏不可压缩流求解——奇点法 58
2.2.6 儒科夫斯基升力定理 60
§2.3 流动的可压缩性模型 60
2.3.1 简单处理模型 61
2.3.2 小扰动线化理论 61
§2.4 黏性作用与流动分离 63
2.4.1 附着流型被破坏的主要原因——黏性的相互作用 63
2.4.2 三维流动分离 65
§2.5 适用于飞机的流动 67
复习与思考 67
第3章 翼型低速空气动力特性 68
§3.1 翼型概述 68
3.1.1 翼型的几何参数 68
3.1.2 翼型的发展与族系 70
§3.2 气动参数 77
§3.3 翼型低速流动的绕流图画 82
3.3.1 翼型低速流动的绕流图画介绍 82
3.3.2 翼型绕流的分离与失速 85
§3.4 翼型气动特性 87
§3.5 翼型低速流动的薄翼理论 89
3.5.1 薄翼理论的思路 89
3.5.2 薄翼理论的推导 89
3.5.3 薄翼理论的气动特性公式 92
复习与思考 98
第4章 机翼低速和亚声速空气动力特性 99
§4.1 机翼及其低速气动模型 99
4.1.1 机翼的几何参数 99
4.1.2 机翼的低速绕流图画 101
4.1.3 气动模型 103
§4.2 大展弦比直机翼的升力线理论 104
4.2.1 诱导速度、升力和诱导阻力 104
4.2.2 用于确定. (z)的基本积分-微分方程 107
4.2.3 椭圆形环量分布无扭转机翼的气动特性 108
4.2.4 一般机翼环量沿展向的分布. (z) 112
4.2.5 一般无扭转直机翼的气动特性 114
§4.3 升力面理论 122
§4.4 大展弦比后掠机翼的低速气动特性 125
§4.5 小展弦比机翼的低速气动特性 132
4.5.1 三角翼流动分析 132
4.5.2 小展弦比机翼的流动分析 135
§4.6 亚声速可压流中机翼的气动特性 137
4.6.1 普朗特.格劳特法则 138
4.6.2 翼型的亚声速空气动力特性 140
4.6.3 后掠翼的亚声速空气动力特性 141
复习与思考 142
第5章 超声速与跨声速翼型和机翼的空气动力特性 143
§5.1 薄翼型的绕流流动分析 143
5.1.1 超声速薄翼绕流受力分析 143
5.1.2 翼型的超声速绕流图画 144
§5.2 薄翼型超声速绕流的线化理论 145
5.2.1 线化理论 146
5.2.2 一级近似理论结果 147
5.2.3 压力系数的叠加法 148
5.2.4 线化理论薄翼型的空气动力特性 151
§5.3 机翼的超声速空气动力特性 157
5.3.1 超声速三维流场的基本概念 157
5.3.2 无限翼展斜置翼的超声速空气动力特性 161
5.3.3 有限翼展薄机翼的超声速绕流 164
§5.4 跨声速流动与临界参数 165
§5.5 跨声速绕流的流动特征 168
5.5.1 翼型的跨声速绕流 168
5.5.2 超临界翼型 171
5.5.3 翼型主要几何参数对气动特性的影响 172
§5.6 跨声速机翼的空气动力特征 173
复习与思考 177
第6章 飞机气动布局初步设计 178
§6.1 飞机技术指标分析 178
6.1.1 典型任务剖面 178
6.1.2 概念设计与方案论证中的技术要求分析 180
§6.2 飞机气动布局介绍与选择 186
6.2.1 常规布局 187
6.2.2 无尾布局 189
6.2.3 鸭式布局 193
6.2.4 三翼面布局 196
6.2.5 飞翼布局 197
6.2.6 典型类型飞机的气动布局 199
§6.3 飞机初始总体参数的选择 200
6.3.1 飞机的主要总体参数 200
6.3.2 初步重量估算 202
6.3.3 飞机的气动特性估算 205
6.3.4 确定飞机推重比，选择发动机 210
6.3.5 确定飞机的翼载 215
复习与思考 219
第7章 飞机部件的气动设计 220
§7.1 翼型与机翼的选择与设计 220
7.1.1 翼型特性与飞机性能的关系 220
7.1.2 翼型基本技术指标的确定 221
7.1.3 翼型的选择考虑 224
7.1.4 机翼的气动设计原则 227
§7.2 机身设计 231
7.2.1 机身主要几何外形设计 232
7.2.2 前机身外形设计 234
7.2.3 后机身外形设计 240
7.2.4 面积律修型 241
7.2.5 翼身融合体的气动设计 243
7.2.6 翼身整流 246
§7.3 变后掠机翼 246
7.3.1 变后掠机翼发展概况 247
7.3.2 变后掠机翼的气动特性 248
7.3.3 变后掠机翼的设计 250
§7.4 机翼的增升装置 254
7.4.1 后缘增升装置 255
7.4.2 前缘增升装置 256
7.4.3 增升装置的气动设计 258
7.4.4 涡流发生器 260
7.4.5 动力增升装置 261
§7.5 副翼及横向操纵面 262
7.5.1 飞机的稳定性和操纵性 262
7.5.2 横向操纵面的设计要求 263
7.5.3 横向操纵面形式的选择 263
7.5.4 副翼与襟副翼 263
7.5.5 扰流片和差动平尾 264
§7.6 减速板的气动设计 265
7.6.1 设计要求 266
7.6.2 设计原则 266
§7.7 保证纵向稳定性和操纵性的气动力布局 266
7.7.1 纵向操纵面的设计要求 267
7.7.2 纵向操纵面形式的选择 267
7.7.3 平尾设计 267
7.7.4 升降舵设计 270
§7.8 保证航向稳定性和操纵性的气动力布局 271
7.8.1 航向操纵面的设计要求 271
7.8.2 航向操纵面形式的选择 271
7.8.3 垂尾 272
7.8.4 方向舵 273
7.8.5 腹鳍 273
§7.9 考虑隐身影响的气动设计 274
7.9.1 基本概念 274
7.9.2 外形隐身设计的基本原则 277
7.9.3 外形隐身要求对气动布局及部件的影响 280
复习与思考 282
第8章 高超声速飞行器气动设计 283
§8.1 高超声速流动的主要特征 283
§8.2 高超声速飞行器气动特性计算方法介绍 286
8.2.1 高超声速无黏流动计算方法 287
8.2.2 高超声速边界层理论简介 292
§8.3 高超声速飞行器气动设计的特点与要求 293
8.3.1 高超声速飞行器气动设计的特点 293
8.3.2 高超声速飞行器对气动性能的要求 293
§8.4 高超声速飞行器气动设计 295
8.4.1 弹道式再入飞行器的气动设计 296
8.4.2 飞船返回舱的气动设计 298
8.4.3 航天飞机的气动设计 302
复习与思考 305
参考文献 306
附录 307
附录A 标准大气表 307
附录B 布雷盖方程的推导 309
附录C 飞机的翼型及机翼数据 311
附录D 飞机的前、后缘增升装置形式 314
附录E 飞机动力增升装置简介 316
附录F 飞机副翼的几何数据 318
附录G 飞机绕流片的几何数据 319
附录H 飞机平尾和升降舵的几何数据 320
附录I 飞机垂尾和方向舵的几何数据 322
附录J 本书符号表 324