第1章 流体力学、场论及热力学基础知识

1.1 空气动力学发展概况

l.1.1 空气动力学的分类、任务及研究方法

1.1.2 流体力学（含空气一气体动力学）的发展简史

1.2 气体的基本物理属性

1.2.1 连续介质模型及流体物理量

1.2.2 气体的压缩性及输运性质

1.2.3 标准大气

1.3 矢量分析及场论初步

1.3.1 标量场、矢量场与张量场

1.3.2 标量场的梯度

1.3.3 矢量场的散度

1.3.4 矢量场的旋度

1.3.5 高斯公式和斯托克斯公式

1.4 作用于流体上的力、一点应力及应力张量

1.4.1 流体微团的运动分析

1.4.2 作用于流体上的力

1.4.3 流体中任一点的应力及应力张量

1.4.4 静止流体及无黏流体中的应力张量

1.4.5 应力张量与应变率之间的关系

1.5 描述流体运动的方法和基本概念

1.5.1 描述流体运动的两种方法

1.5.2 随体导数

1.5.3 系统与控制体

1.5.4 雷诺输运定理

1.5.5 迹线、流线、流面及流管

1.6 热力学基础知识

1.6.1 热力学系统及热力学状态、特性、过程

1.6.2 热力学能、热力学第一定律、焓及比热容

1.6.3 热力学第二定律及熵

1.6.4 完全气体和气体状态方程

1.6.5 等熵关系

1.7 流体的理论模型

第2章 流体运动基本方程组

2.1 连续方程

2.1.1 连续方程的积分形式及其应用

2.1.2 连续方程的微分形式及其应用

2.1.3 一维定常流动的连续方程形式

2.2 动量方程

2.2.1 动量方程的积分形式及其应用

2.2.2 动量方程的微分形式及若干简化形式

2.2.3 伯努利积分和拉格朗日积分

2.2.4 一维定常流动的动量方程形式

2.3 能量方程

2.3.1 能量方程的积分形式及其应用

2.3.2 能量方程的微分形式

2.4 N--S方程的定解条件及定解问题的适定性

2.4.1 初始条件

2.4.2 边界条件

2.4.3 N--S方程组定解问题适定性的讨论

2.5 黏性流体动力学的相似律

2.5.1 N--S方程组和边界条件的无量纲化处理

2.5.2 两个流体运动相似的充要条件

第3章 不可压理想气体的定常平面势流流动

3.1 旋涡运动的基本理论

3.1.1 旋涡的若干概念及性质

3.1.2 汤姆森定理和亥姆霍兹旋涡定理

3.1.3 兰金组合涡及比奥一萨伐尔公式

3.2 平面流动的势函数与流函数

3.2.1 势函数及其性质

3.2.2 流函数及其性质

3.2.3 拉普拉斯方程及其基本解的叠加原理

3.3 几种简单的平面势流

3.3.1 直匀流

3.3.2 点源（汇）

3.3.3 点涡

3.4 简单平面势流叠加举例

3.4.1 等强度的点源与点汇的叠加——偶极子

3.4.2 点源（汇）和点涡的叠加

3.4.3 直匀流和点源的叠加

3.5 库塔一儒科夫斯基定理

3.5.1 绕圆柱的无环量流动

3.5.2 绕圆柱的有环量流动

3.5.3 库塔一儒科夫斯基定理

第4章 低速翼型及机翼的基本理论

4.1 翼型的几何参数、气动参数定义及其气动特性

4.1.1 翼型的几何参数及其定义

4.1.2 翼型的气动参数定义

4.1.3 低速翼型的绕流图谱及其气动特性

4.1.4 库塔条件及翼型绕流环量产生的物理过程

4.2 薄翼理论

4.2.1 低速翼型绕流解的面涡理论

4.2.2 薄翼理论的基本方程及其求解

4.2.3 绕薄翼流动的气动特性

4.3 任意形状翼型绕流的面涡法

4.4 低速机翼的气动特性

4.4.1 机翼的几何参数及气动参数定义

4.4.2 有限翼展机翼的旋涡分析

4.4.3 升力线理论

4.4.4 基于升力线理论的有限翼展机翼气动力特性

4.4.5 升力面理论与涡格法

第5章 高速可压缩流动

5.1 声速与马赫数

5.1.1 声速

5.1.2 马赫数

5.2 一维定常等熵绝热流参数间的基本关系式

5.2.1 滞止状态、滞止参数及其应用

5.2.2 总压与熵

5.2.3 极限状态、临界状态及速度系数

5.2.4 一维定常等熵管道流动的速度与截面积关系、流量函数

5.3 弱扰动在空气中的传播与马赫波

5.3.1 弱扰动与马赫波

5.3.2 膨胀波、弱压缩波的形成及其特点

5.3.3 P—M波的计算及P—M函数

5.4 激波及激波前后气流参数的基本关系式

5.4.1 激波的形成及其传播

5.4.2 激波前后气流参数的基本关系式

5.4.3 朗金一雨贡纽关系式

5.4.4 普朗特关系式

5.4.5 激波前后气流参数的基本计算公式

5.4.6 经过斜激波的气流折转角及激波曲线

5.4.7 激波图表及其计算

5.4.8 锥面激波及乘波体飞行器

5.5 膨胀波、激波的反射与相交

5.5.1 膨胀波、激波在直固壁面上的反射

5.5.2 膨胀波、激波在自由边界上的反射

5.5.3 膨胀波、激波的相交

5.6 喷管内的流动问题分析

5.6.1 IIl殳缩喷管

5.6.2 拉伐尔喷管

第6章 绕翼型、机翼的可压缩流动

6.1 势函数、势函数方程及流函数、流函数方程

6.1.1 势函数及势函数方程

6.1.2 流函数及流函数方程

6.2 小扰动线性化方程及边界条件、压强系数公式

6.2.1 速度势方程的线性化

6.2.2 边界条件的线性化

6.2.3 压强系数的线性化

6.3 沿波形壁流动的二维精确解

6.3.1 亚声速流动

6.3.2 超声速流动

6.4 亚声速绕薄翼型、机翼流动的相似法则

6.4.1 速度势方程、边界条件、翼型几何参数及压强系数的变换

6.4.2 声速气流绕薄翼型流动的相似法则

6.4.3 适用于亚声速薄机翼的普朗特一葛劳渥法则

6.5 超声速气流绕薄翼型、机翼流动

6.5.1 物理模型与数学模型的建立

6.5.2 求解方法

6.5.3 气动力参数的计算

6.5.4 翼型的升力系数及阻力系数的叠加计算

6.5.5 薄机翼超声速绕流的一些基本概念

6.5.6 超声速机翼绕流流动的气动力特性

6.6 跨声速翼型绕流

6.6.1 临界马赫数与临界压力

6.6.2 超声速气流绕翼型流动的物理图像

6.6.3 三维跨声速流动的相似律

6.6.4 超临界翼型

6.6.5 翼身组合体的跨声速面积律

第7章 高超声速流动基础

7.1 高超声速流动的基本特征

7.2 高超声速流动的斜激波关系及膨胀波关系

7.2.1 高超声速流动的基本激波关系式

7.2.2 高超声速小扰动时的激波关系

7.2.3 高超声速流动时的P—M波

7.3 高超声速无黏流动分析

7.3.1 马赫数无关原理

7.3.2 小扰动理论的高超声速相似律

7.4 高超声速流动的牛顿流模型及其修正

7.5 高超声速飞行器的气动加热及防护

第8章 附面层流动

8.1 附面层的基本知识

8.1.1 附面层的概念

8.1.2 附面层内的两种流态

8.1.3 附面层的特征量

8.2 层流附面层微分方程及其相似解

8.2.1 附面层微分方程及其边界条件

8.2.2 二维层流附面层方程的相似解及其存在条件

8.2.3 平板附面层方程的布拉修斯解

8.2.4 其他层流相似解

8.3 湍流基础及湍流附面层的物理特征

8.3.1 层流流动稳定性与转捩

8.3.2 湍流平均运算、湍流强度及相关概念

8.3.3 雷诺方程及雷诺应力

8.3.4 普朗特混合长度理论

8.3.5 湍流附面层方程及其物理特性

8.4 附面层积分方程

8.4.1 卡门动量积分方程的推导

8.4.2 平板层流与湍流附面层的流动特性与计算

8.5 附面层的分离及其与激波的相互干扰

8.5.1 附面层分离

8.5.2 附面层与激波的相互作用

附表

附表l 标准大气的物理属性

附表2 一维等熵流气动函数表（k=1.4）

附表3 气体动力学函数表（k=1.4）

附表4 二维超声速等熵流函数表（k=1.4）

附表5 正激波前后气流参数表（k=1.4）

附表6 斜激波前后气流参数表（k=1.4，6取整数）

参考文献

　　第1章流体力学、场论及热力学基础知识

　　本章首先介绍空气动力学的基本任务及研究方法、流体力学与空气动力学的发展概况；然后介绍流体力学（含空气动力学）所涉及的一些基础知识及概念，包括流体的基本性质、场论及矢量分析的基础知识、研究流体运动的方法和基本概念等，尤其是应用矢量分析、场论等方法描述了表征流体属性的各种物理量的内涵，并给出相应的表达形式；最后简要介绍热力系及热力学的基本定律。

　　1．1空气动力学发展概况

　　1．1．1空气动力学的分类、任务及研究方法

　　空气动力学是研究空气与物体之间有相对运动（即物体在空气中运动或空气流过静止物体）时，空气运动的基本规律及空气内部或空气与物体之间相互作用力的科学。它是航空航天最重要的科学技术基础之一，首先与飞机的产生、发展联系在一起，涉及飞机的飞行性能、稳定性和操纵性等问题，对于飞机设计和工程学科不可或缺。因此，传统意义上的空气动力学，通常指的是飞行器的空气动力学，尤其是指普通飞机的空气动力学。当然，现代空气动力学研究所涉及的领域远不限于飞机或其他航空飞行器。

　　例如，20世纪初库塔、儒科夫斯基等学者将运动物体在空气中所受的升力与绕物体的环量联系起来，建立了升力理论，从而奠定了低速飞机设计基础，使重于空气的飞行器成为现实。20世纪40年代中期至50年代，可压缩空气动力学理论迅速发展，特别是跨声速面积律的发现和后掠机翼概念的提出，使得飞行的临界马赫数大幅提高，帮助人们突破音障，实现了跨声速、超声速飞行；而三角翼、边条翼等气动构形可得到较大的涡升力，大大改善了飞行范围的升力特性，提高了飞机的机动性。基于这些空气动力学成果，20世纪50年代中期研制成功了性能优越的第一代战斗机。20世纪50年代之后是超声速空气动力学发展时期，出现了性能更为先进的第二代战斗机。在这一阶段，航天方面的重点放在高超声速飞行器和再入飞行器的气动力与推进系统问题，特别是着重解决高超声速飞行和飞行器再人大气层时严重的气动加热引起的“热障”问题。而航空方面的重点放在了发展高性能作战飞机、超声速客机、垂直短距起降飞机、变后掠翼飞机等，尤其是超临界机翼技术的使用，显著提高了机翼的临界马赫数和飞机跨声速范围的升阻比，在载荷相同的情况下还可降低飞机的结构质量。20世纪70年代后，脱体涡流型和非线性涡升力的发现和利用是空气动力学的又一重要成果，并促使了第三代高性能战斗机的出现。20世纪80年代，在军事需求的强力推动下，世界各军事强国开始研制第四代战斗机和高超声速飞行器、跨大气层飞行器，其中最有代表性的是1981年美国发射的航天飞机，并由此形成了现代空气动力学发展的新时期。目前正在发展的第四代战斗机，将高机动性、敏捷性、超声速巡航能力、高隐形能力、更大的高度。

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