Aerodynamics of Wings and Bodies pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Ashley, Holt/ Landahl, Marten

出品人:

页数:304

译者:

出版时间:1985-7

价格:$ 16.89

装帧:

isbn号码:9780486648996

丛书系列:

图书标签:

• 空气动力学
• 翼型
• 机体
• 流体力学
• 飞行器设计
• 空气动力性能
• 计算流体力学
• 实验空气动力学
• 航空工程
• 传热学

《空气动力学：流体与结构的舞蹈》 引言 人类对天空的向往，自古以来便未曾停歇。从神话传说中的飞鸟，到莱特兄弟的首次升空，每一次进步都离不开对空气如何与物体相互作用这一根本问题的深入探索。空气动力学，正是这门揭示天空秘密的科学。它不仅是航空航天工程的基石，更是理解自然界中各种现象，如风吹过树叶、鸟类滑翔、甚至风力发电等不可或缺的工具。本书《空气动力学：流体与结构的舞蹈》旨在为读者呈现一个清晰、直观且深入的空气动力学全景，着重于空气与各种物体（尤其是具备流线型特征的物体）之间相互作用的物理原理，以及这些原理如何被应用于实际工程设计之中。本书不局限于单一的理论框架，而是力求融合理论、实验与工程应用，带领读者一同领略空气动力学的魅力。 第一章：空气动力学的基本概念与物理定律 本章将从最基础的层面切入，为读者构建空气动力学的知识框架。我们将深入探讨流体的基本属性，包括密度、粘度、压力和温度，以及它们如何影响流体的行为。空气作为我们研究的主要对象，其独特的性质将被详细阐述。 流体性质：我们将首先定义什么是流体，并详细介绍密度、压力、温度和粘度这四大基本流体性质。密度反映了单位体积内的质量，它直接影响到流体的惯性；压力是流体单位面积上承受的力，是流体运动的重要驱动力；温度则与流体的内能和粘度密切相关。粘度，尤其是动力粘度和运动粘度，是描述流体内部摩擦力的关键参数，它决定了流体在流动时会产生多大的阻力。 连续性方程：作为流体动力学的基本守恒定律之一，连续性方程描述了在没有质量源或汇的情况下，流体质量在空间中的守恒。本书将通过直观的图示和简单的数学推导，说明质量守恒在流体流动中的体现，例如在管道直径变化时，流速如何相应变化以保持质量通量不变。 动量方程（纳维-斯托克斯方程简介）：本章将初步介绍动量守恒定律在流体中的应用，即纳维-斯托克斯方程。虽然不对该方程进行复杂的数学求解，但我们将解释其物理意义：流体的加速度（惯性力）等于作用在其上的所有力的合力，这些力包括压力梯度力、粘性力、体积力（如重力）等。理解这些力的来源和作用，是理解空气动力学现象的基础。 能量方程：热力学第一定律在流体流动中的体现。我们将讨论在等熵流动、绝热流动和定常流动等不同假设下，能量守恒如何影响流体的温度、压力和速度变化。例如，在加速流动中，动能的增加往往伴随着温度和压力的降低（取决于具体流动情况）。 空气的特性：我们将专门介绍空气作为一种气体的特性，包括其可压缩性、热容、比热比等。这些特性对于理解高速流动、声速附近的现象以及高超声速飞行器的设计至关重要。 第二章：伯努利方程与流速、压力、升力的关系 本章将重点阐述流体动力学中最著名、应用最广泛的方程之一——伯努利方程。我们将揭示流速、压力和高度之间的内在联系，并初步引出升力的产生机制。 伯努利方程的推导与意义：我们将从动量方程和能量方程出发，在理想流体（无粘性、不可压缩）和定常流动的假设下，推导出伯努利方程。该方程表明，在一条流线上，流体的总压（静压与动压之和）是一个常数。 静压、动压与总压：详细解释这三个概念的物理意义。静压是流体自身承受的压力，不受流动速度影响；动压（½ρv²）与流体速度的平方成正比，代表了流体动能的压力形式；总压则是静压与动压之和，是衡量流体能量的重要指标。 伯努利方程在流速测量中的应用：通过介绍皮托管的工作原理，来说明伯努利方程如何被用于测量流体的速度。理解总压和静压的测量差如何与流速关联，是风速计等测量仪器的基本原理。 升力的初步解释：本章将基于伯努利原理，对升力的产生进行初步的、定性的解释。通过一个简单的例子，如将一张纸张悬挂在嘴边，用力吹气，纸张会向上抬起。解释为何流速增加的地方压力会降低，进而产生向上的压力差，即升力。这一概念将为后续章节对翼型升力的详细讨论奠定基础。 第三章：翼型的空气动力学特性：升力、阻力和力矩 本章将深入探讨翼型（airfoil）的空气动力学特性，这是理解飞机、风力涡轮机叶片等结构设计的核心。我们将详细分析翼型在气流中产生的三个基本气动力和力矩。 翼型几何参数：介绍影响翼型性能的关键几何参数，如弦长、翼型厚度、弯度、前缘半径、后缘形状等，以及这些参数如何影响流体的分布和气动力的产生。 升力系数（Cl）与攻角（α）的关系：详细阐述翼型升力系数随攻角变化的规律。在一定范围内，升力系数随攻角的增大而增大，但当攻角过大时，会导致失速，升力急剧下降。我们将介绍升力曲线和失速现象。 阻力系数（Cd）与攻角的关系：分析翼型在不同攻角下的阻力特性。阻力主要包括摩擦阻力（由粘性引起）和压差阻力（由流动分离引起）。我们将讨论最小阻角以及阻力随攻角增大的变化趋势。 力矩系数（Cm）：解释翼型产生的俯仰力矩，以及力矩系数随攻角的变化。介绍零升力力矩点和空气动力中心的概念。 升阻比（L/D）：定义升阻比，并解释其重要性，即在产生一定升力时，阻力越小越好。高升阻比是优化飞行器设计的重要目标。 雷诺数（Re）和马赫数（Ma）的影响：初步介绍雷诺数和马赫数这两个重要的无量纲参数，它们对翼型空气动力学特性的影响。雷诺数反映了惯性力与粘性力的比值，影响流动分离和边界层特性；马赫数反映了流速与声速的比值，对于处理可压缩流动至关重要。 第四章：流动的边界层与流动分离 边界层理论是理解复杂流动现象，尤其是阻力产生和流动失速的关键。本章将深入剖析边界层，并探讨流动分离的成因和影响。 边界层的概念与形成：解释在固体表面附近，由于粘性作用，流体速度从零逐渐增大到自由流速度的薄层区域，即边界层。介绍层流边界层和湍流边界层的区别及其特性。 边界层的类型：区分附着边界层、自由边界层、外边界层等不同类型的边界层。 摩擦阻力：阐述边界层内流体粘性作用是产生摩擦阻力的直接原因。解释层流边界层和湍流边界层在摩擦阻力上的差异。 流动分离：详细分析流动分离的产生机制。当流体在负压力梯度（压力随流动方向增大）下流动时，边界层中的流体动能不足以克服阻力，导致流体从表面脱离，形成涡流区域，从而产生压差阻力。 流动分离的后果：解释流动分离如何导致阻力急剧增大，升力下降，甚至引发失速。 改善流动分离的方法：介绍一些减缓或防止流动分离的工程措施，如使用流线型翼型、设置涡流发生器、或主动控制流动等。 第五章：高超声速空气动力学简介 随着飞行速度的不断提升，气体可压缩性变得不可忽略，空气动力学也进入了新的领域。本章将初步介绍高超声速流动的基本概念和特性。 马赫数的重要性：重新强调马赫数作为判断流动类型的关键参数。当马赫数大于0.8时，气体可压缩性开始显著影响流动；当马赫数大于5时，进入高超声速流动范畴。 激波与膨胀波：在高超声速流动中，会产生激波（shock wave）和膨胀波（expansion wave）。介绍激波的形成机制，它是一个急剧改变流体压力、密度、温度和速度的界面。 高超声速流动与亚声速流动的区别：讨论高超声速流动中，气动加热、化学反应（如空气离解）、以及空气动力学加热对结构材料的要求等特点。 高超声速飞行器的挑战：简要介绍高超声速飞行器设计面临的空气动力学难题，如热防护、稳定性和控制等。 第六章：空气动力学在实际工程中的应用 本章将把理论知识与实际工程应用相结合，展示空气动力学在各个领域的广泛应用。 飞机设计：从整机布局到机翼、尾翼的设计，空气动力学原理贯穿始终。介绍不同类型的飞机（如客机、战斗机、滑翔机）是如何利用空气动力学特性实现飞行。 汽车空气动力学：在汽车领域，空气动力学不仅关乎燃油效率，也影响着车辆的稳定性和操控性。介绍降低风阻、产生下压力（downforce）的设计理念。 风力涡轮机：风力涡轮机的叶片设计是典型的空气动力学应用，利用风能产生旋转运动，进而发电。 其他应用：简要提及体育运动（如高尔夫球、网球）、桥梁和高层建筑的抗风设计、以及生物仿生学等领域中的空气动力学应用。 结语 《空气动力学：流体与结构的舞蹈》通过系统性的讲解，旨在帮助读者理解空气与物体相互作用的深刻原理。从基础的流体动力学定律，到翼型的详细分析，再到边界层的复杂现象，以及高超声速流动的未来展望，本书力求为读者提供一个全面而深入的认识。空气动力学是一门充满活力的学科，它不断推动着人类探索天空和宇宙的边界。愿本书能激发读者对这门迷人科学的进一步兴趣，并为相关领域的学习和研究提供有益的启迪。

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