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第1部分 航空航天工程研究评述3

第1章 系统工程：用系统思想设计更好的航空航天系统3

1 引言3

2 系统工程、系统思想和系统5

2.1 系统的特征与属性8

2.2 总结与结论13

3 系统工程13

3.1 系统工程的目的13

3.2 系统工程的背景14

3.3 系统工程是转换系统14

3.4 系统工程包含子系统并且自身为更大系统的子系统16

4 结论22

参考文献22

第2章 航空航天工程未来20年的挑战与机遇23

1 引言23

2 航空器24

2.1 飞行器的性能、飞行运营与环境影响24

2.2 推进系统25

2.3 非常规飞机25

2.4 无人机系统26

2.5 吸气式高超声速系统26

2.6 组件集成与热管理27

2.7 建模、仿真与软件27

3 航天器28

3.1 航天发射系统28

3.2 发射／助推发动机与飞船推进系统29

3.3 快速响应的空间进入与航天系统构建30

3.4 空间环境30

4 结论30

第2部分 流体动力学基础35

第3章 流体动力学早期理论和实验发展简史35

1 引言35

2 早期希腊科学：亚里士多德与阿基米德35

3 达·芬奇的流体动力学36

4 速度平方定律37

5 牛顿和正弦平方定律38

6 丹尼尔·伯努利与压力速度概念40

7 亨利·皮托与皮托管的发明41

8 18世纪流体动力学的发展顶峰——莱昂哈德·欧拉与非黏性流体流动控制方程42

9 包含摩擦的理论流体动力学：纳维尔和斯托克斯的工作43

10 奥斯本·雷诺：认识湍流流动45

11 升力环量理论：库塔和儒可夫斯基48

12 路德维希·普朗特与边界层理论50

13 总结52

参考文献52

第4章 空气动力学基本控制方程53

1 基本原理53

1.1 无黏流动和黏性流动的区别53

1.2 不可压缩流动与可压缩流动的区别53

1.3 控制体与流体单元55

1.4 连续性方程56

1.5 动量方程56

1.6 能量方程56

1.7 分类：欧拉方程和纳维尔斯托克斯方程57

1.8 迹线、流线和脉线57

1.9 涡量57

1.10 速度势58

1.11 流函数58

1.12 环量58

2 势流方程59

2.1 势流的定义59

2.2 伯努利方程59

2.3 速度的散度59

2.4 拉普拉斯方程59

2.5 中期总结60

2.6 基本势流60

2.7 基本流动方程61

2.8 基本流动的叠加62

2.9 升力环量理论：基本原理63

2.10 高亚声速和超声速势流：基本理论和基本方程63

3 欧拉方程64

3.1 随体导数：物理意义64

3.2 由随体导数表示的欧拉方程65

3.3 边界条件66

3.4 欧拉方程的讨论66

3.5 欧拉方程解的重要意义66

4 纳维尔斯托克斯方程66

4.1 纳维尔斯托克斯方程的展开式66

4.2 相似参数67

4.3 边界条件68

4.4 纳维尔斯托克斯方程的讨论68

4.5 纳维尔斯托克斯方程解的重要意义68

5 边界层方程68

5.1 背景68

5.2 边界层特性68

5.3 边界层方程70

5.4 边界层方程的解71

6 化学反应流动方程71

6.1 化学反应流动的重要性：高超声速飞行与燃烧71

6.2 化学反应流动的性质71

6.3 高温空气的化学反应72

6.4 真实气体与理想气体的定义72

6.5 气体的分类73

6.6 化学反应流动控制方程74

参考文献75

扩展阅读75

第3部分 不可压缩流体和空气动力学79

第5章 位势流79

1 引言79

2 位势流问题79

3 伯努利方程80

4 求解位势流问题的一般方法80

5 二维空间的基本解81

5.1 点源81

5.2 偶极子81

5.3 二维涡旋82

6 三维空间的基本解83

6.1 点源83

6.2 基本方案：偶极子83

6.3 三维涡旋83

7 举例：圆柱绕流83

8 圆柱绕流的升力84

9 结束语85

参考文献85

第6章 二维翼型绕流86

1 问题的定义86

2 厚度和升力问题的分解87

3 一定攻角下的零厚度翼型87

4 升力问题的经典解88

5 薄翼型上的气动力和气动力矩89

6 集中涡流单元91

7 薄翼型理论的总结与结论92

8 薄翼型理论的不足92

参考文献92

第7章 有限展长翼的不可压缩流动93

1 引言93

2 升力线模型93

3 椭圆升力分布的求解95

4 细长翼理论97

5 复杂外形的三维解：面元法99

6 结论101

参考文献101

第8章 层流边界层102

1 引言102

2 边界层方程103

2.1 压力梯度的影响，边界层分离，旋涡动力学特性104

3 边界层方程的精确解105

3.1 平板边界层107

3.2 楔形流108

4 近似解109

4.1 层流中的黏性与无黏耦合110

5 结论111

符号表111

参考文献112

第9章 流动稳定性与转捩114

1 引言114

2 二维流动稳定性分析114

2.1 线性稳定性理论概述114

2.2 B1asius边界层流动116

2.3 Falkner-Skan剖面：压力梯度效应117

2.4 高雷诺数下TS波的瑞利方程和结构118

2.5 瑞利理论119

2.6 三维扰动119

3 边界层的接受性120

4 壁面层转向湍流的方式120

5 转捩预测：模态增长（A途径）121

6 结论122

致谢122

参考文献122

第10章 湍流边界层125

1 引言125

2 基本考量126

2.1 雷诺分解126

2.2 湍流边界层的尺度126

2.3 普朗特边界层近似127

2.4 自相似性127

2.5 雷诺应力与速度谱128

2.6 内外交互作用129

3 复杂流动扭曲边界层130

3.1 额外应变率130

4 挑战与展望131

参考文献131

第11章 非定常空气动力学133

1 引言133

2 涡旋脱落引起的非定常流动133

3 升力的产生134

4 颤振现象135

5 涡旋脱落引起的推力135

6 动态失速现象135

7 波的传播引起的非定常流动135

8 涡轮机械中的非定常流动137

9 斯特劳哈尔数：流动不稳定性的度量138

10 非定常流动方程138

11 非定常流动分析方法139

12 总结140

参考文献140

第12章 大攻角空气动力学142

1 引言142

2 流动型态142

3 涡升力143

4 涡破碎143

5 涡的不稳定性144

6 机翼和垂尾抖振145

7 非定常流动中的前缘涡146

8 机翼振动146

9 多重涡147

10 涡控制技术148

11 总结148

符号表148

致谢148

参考文献149

第13章 导弹空气动力学150

1 引言150

2 零攻角导弹150

2.1 波阻152

2.2 等值法则或面积律152

3 小攻角导弹153

3.1 交叉流分析154

3.2 细长翼升力154

4 大攻角导弹155

5 总结156

参考文献156

第14章 旋翼飞行器空气动力学158

1 引言158

2 气动环境158

3 旋翼分析的总体理论159

3.1 盘旋飞行159

3.2 垂直升降161

3.3 前行162

4 旋翼分析的叶素方法163

4.1 诱导速度场165

5 非定常空气动力学166

6 综合分析167

7 进阶的分析方法167

8 总结168

参考文献168

第15章 气动流控制170

1 引言170

2 度量参数171

2.1 稳定吸气和吹气171

2.2 周期摄动171

2.3 频率度量172

2.4 扩展参数范围与技术比较172

3 AFC的应用领域173

4 AFC的计算方法174

4.1 CFD方法175

4.2 主动流动控制的CFD验证176

5 结论与展望177

符号表177

参考文献177

第16章 低雷诺数固定翼飞行器空气动力学181

1 引言181

1.1 低雷诺数翼型流动问题181

1.2 分离泡182

1.3 翼型设计182

2 风洞验证183

2.1 风洞183

2.2 端板的影响184

2.3 湍流强度的影响185

2.4 机翼弯度的影响185

2.5 低展弦比机翼空气动力学185

3 微型飞行器186

致谢187

符号表187

参考文献187

第17章 扑翼空气动力学190

1 引言190

2 量纲为1量、运动学特性和控制方程191

2.1 扑翼飞行的运动学特性192

2.2 雷诺数192

2.3 斯特劳哈尔数和简约频率192

2.4 控制方程193

3 扑翼飞行器非定常空气动力学193

3.1 扑动机制[Re：O(101)～O(104)]193

3.2 上仰旋转[Re：O(102)～O(103)]193

3.3 尾迹捕捉[Re：O(102)～O(104)]193

3.4 前缘涡[Re：O(102)～O(104)]194

3.5 翼尖涡[Re：O(102)～O(104)]196

4 结构翼的柔性197

4.1 标度律197

4.2 翼结构的柔性对扑翼空气动力学的影响197

5 总结197

符号表198

致谢199

参考文献199

第18章 地面效应空气动力学200

1 引言200

1.1 定义200

1.2 历史背景：地效飞行器200

1.3 历史背景：地效赛车201

2 理论解释202

2.1 飞行器地效空气动力学202

2.2 赛车地效空气动力学203

3 地面效应预测204

3.1 二维流动简化的计算方法204

3.2 解析方法204

3.3 计算流体动力学（CFD）205

3.4 机翼飞过平静和波动的水面205

3.5 极近地效区域的非线性现象206

4 试验方法206

4.1 镜像模型方法206

4.2 拥有边界层吸气功能的接地平板206

4.3 运动带方法206

4.4 拖曳模型方法207

5 地面效应对气动性能的影响207

5.1 飞行器的起飞和着陆207

5.2 近地直升机旋翼构型207

5.3 地效运载工具207

5.4 近地飞行器稳定性207

6 结论208

参考文献208

第19章 编队飞行的气动效益210

1 引言210

2 双机编队210

2.1 总诱导阻力的计算211

2.2 诱导阻力随横向间隔的变化212

3 多机编队213

3.1 诱导阻力随横向间隔的变化213

4 V形编队214

5 结论214

致谢215

相关章节215

参考文献215

第20章 飞行器尾涡217

1 引言217

1.1 飞行器产生的涡旋217

1.2 尾涡的潜在危险218

2 中部尾迹218

2.1 二维模型218

2.2 飞行器参数219

2.3 涡龄221

3 衰退机制222

3.1 涡量输运方程222

3.2 二维衰退222

3.3 湍流的影响222

3.4 三维衰退机制223

4 涡流检测225

5 结论和展望226

参考文献226

第4部分 可压缩流动——亚声速到超声速231

第21章 可压缩流动简介231

1 可压缩物质状态和流动分区231

2 基本的可压缩流动232

3 控制方程233

4 状态方程234

5 结论234

注释234

参考文献235

扩展阅读235

第22章 复杂内部可压缩流动236

1 控制体分析236

2 变截面管道定常流动236

3 加热和摩擦定常流动237

4 喷管启动与壅塞现象237

5 激波串237

6 激波管238

7 有棱弯管238

8 冲压／超燃冲压喷气发动机240

9 喷射器240

10 结论241

符号表242

参考文献242

第23章 外部跨声速流动244

1 引言244

2 跨声速流动基础244

2.1 压力系数244

2.2 二维机翼流动245

2.3 机翼压缩效应245

2.4 马赫波与激波246

2.5 二维机翼上的激波246

2.6 机翼上的黏性流动效应246

2.7 激波诱导边界层分离247

3 跨声速气动设计247

3.1 掠翼设计247

3.2 掠翼的应用248

4 结论249

致谢249

参考文献249

第24章 复杂激波现象251

1 引言与实例251

1.1 几何复杂性：外流空气动力学251

1.2 物质的复杂性：混合材料的影响251

1.3 物理复杂性：超新星爆炸252

2 基本分析252

3 实验与观察研究253

4 数值模拟254

5 校核、验证和不确定性254

致谢255

注释255

参考文献255

第25章 激波边界层相互作用257

1 引言257

2 SBLI的基本特征257

2.1 SBLI流动特性258

2.2 重要的流动参数259

2.3 自由相互作用理论259

2.4 相互作用长度259

3 激波诱导分离260

3.1 跨声速激波诱导分离261

3.2 超声速激波诱导分离261

3.3 超声速相互作用流场262

4 SBLI的非定常性262

5 后掠SBLI263

6 结论264

致谢264

参考文献264

第26章 可压缩湍流混合的基本原理266

1 引言266

2 平板混合层266

2.1 不可压缩平板混合层266

2.2 可压缩平板混合层267

2.3 模拟可压缩混合层268

3 射流269

4 结论270

符号表270

参考文献270

第27章 旋翼飞行器压缩效应272

1 引言272

2 前进桨叶上的压缩效应273

2.1 压缩效应对前行桨叶力和力矩的影响273

2.2 高速脉冲噪声274

3 后行桨叶的压缩效应275

4 结论276

参考文献276

第28章 非定常跨声速空气动力学277

1 引言277

2 非定常跨声速现象277

3 跨声速机翼摇滚和机翼下倾279

4 跨声速颤振和极限环振荡280

5 跨声速操纵面嗡鸣281

6 颤振281

7 直升机的非定常跨声速气动力281

8 非定常跨声速涡轮机空气动力学282

9 分析方法282

10 总结283

参考文献283

第29章 风洞实验在CFD验证中的作用284

1 引言284

2 CFD验证的实例285

2.1 定常／非定常绕翼流动和圆柱绕流285

2.2 二维／三维非定常流动构型中的动态失速291

3 风洞实验和CFD的综合利用292

4 结论294

致谢294

参考文献294

第5部分 高超声速稀薄气体动力学299

第30章 高超声速流动概述299

1 概述299

2 高超声速飞行环境299

3 飞行任务和飞行器的考虑——气动热力学301

4 高超声速飞行中的重要气动现象302

4.1 高超声速无黏和黏性效应303

4.2 稀薄气体流动和高空效应304

4.3 高温效应304

4.4 稳定性、转捩和湍流305

4.5 热防护系统、气体壁面相互作用及烧蚀306

4.6 热辐射306

4.7 电离和基于等离子体的流动控制307

5 总结307

致谢308

相关章节308

参考文献308

第31章 高超声速流动分析基础310

1 引言310

2 无黏高超声速空气动力学310

3 小扰动理论和高超声速相似率310

4 牛顿流动理论311

5 基本的高超声速激波关系312

6 切锥和切楔近似312

7 截面等效原理313

8 冲击波理论313

9 黏性高超声速空气动力学314

10 高超声速边界层理论314

11 滞止区的自相似解315

12 参考焓方法316

13 熵层316

14 压力相互作用316

15 结论318

参考文献318

第32章 分子动力学和物理气体动力学319

1 引言319

2 分子能量模式320

3 对于单原子气体的玻尔兹曼方程320

3.1 玻尔兹曼方程的展开和合并（BE）321

3.2 麦克斯韦速度分布321

4 解决方法322

4.1 基于时刻的方法322

4.2 分析方法：Chapman-Enskog解决方法323

4.3 分子方法323

4.4 玻尔兹曼方程的数值解324

5 迁移特性324

致谢325

参考文献325

第33章 高超声速飞行中的高温效应327

1 引言327

2 重要的热化学效应327

2.1 热化学非平衡态327

2.2 振动离解耦合328

2.3 有限速率的壁面催化作用328

2.4 非平衡热辐射328

2.5 低密度效应329

2.6 其他效应329

3 守恒方程329

3.1 质量守恒329

3.2 动量守恒329

3.3 总能量守恒330

3.4 振动能量守恒330

3.5 额外的内能守恒方程330

3.6 电场方程331

4 状态方程331

5 扩散速度、剪应力和热通量332

6 内能弛豫速率332

7 化学源项333

8 边界条件334

9 流场举例——马赫数为8的乘波流334

10 总结335

致谢336

参考文献336

第34章 高超声速转捩和湍流339

1 层流湍流转捩现象339

2 高超声速转捩机制340

3 高超声速转捩预测方法340

4 高超声速湍流边界层341

5 高超声速平板流动的半经验工程模型343

5.1 速度尺度和表面摩擦343

5.2 传热344

5.3 粗糙度理论344

6 结论345

相关章节345

参考文献345

第35章 超声流中的非连续现象347

1 引言347

2 连续与非连续流动区域347

3 非连续流的计算348

4 在高速流中的非连续效应349

4.1 冲击波349

4.2 气体表面的相互作用349

5 非连续高超声速空气热力学350

5.1 实验室中各DSMC结果的比较350

5.2 DSMC和CFD结果比较352

5.3 在非连续系统下对超高声速飞行的研究352

6 结束语354

致谢354

参考文献354

第36章 等离子体动力学与流动控制356

1 引言356

2 空气中的电离机制356

3 应用357

3.1 磁流体流动控制357

3.2 电流体流动控制360

3.3 基于加热的流动控制360

3.4 通信362

4 前景362

参考文献362

第6部分 传热和热物理学367

第37章 传热与热物理学基本原理367

1 热传导367

2 对流传热368

3 辐射传热369

4 混合模式370

5 分析热场的连续方法370

6 总结371

符号表371

参考文献371

第38章 传热的工程分析373

1 热阻概念在不同传热模式中的应用373

2 实际应用问题的能量平衡方法374

3 对流传热的相关性375

4 传热设备的分析方法376

4.1 LMTD方法376

4.2 NTU方法377

5 进一步的讨论377

符号表377

参考文献377

第39章 传热强化：相变、几何特性与射流／喷雾378

1 相变378

1.1 池内沸腾378

1.2 流动沸腾380

2 几何特性381

2.1 扩张表面381

2.2 微通道382

3 射流喷雾383

3.1 射流冲击383

3.2 喷雾冷却384

参考文献385

第40章 航天器热管理387

1 引言387

2 航天器热控制概述387

2.1 被动热控系统387

2.2 主动热控系统388

2.3 监控子系统390

2.4 TCS整体设计391

3 结论393

参考文献394

第41章 热管和热虹吸管396

1 热管396

1.1 工作原理396

1.2 管芯结构397

1.3 工质397

1.4 新热管技术397

2 热虹吸管399

参考文献399

第7部分 计算流体力学403

第42章 计算流体力学简介403

1 计算流体力学（CFD）的诞生与发展403

2 CFD与航空航天领域403

2.1 20世纪80年代以前的CFD403

2.2 20世纪80年代的CFD404

2.3 20世纪90年代的CFD405

2.4 21世纪的CFD405

3 计算流体力学（CFD）的原理406

3.1 离散化406

3.2 一致性406

3.3 稳定性407

3.4 收敛性408

3.5 单调性408

3.6 守恒性408

3.7 不可逆性409

4 分析工具409

4.1 冯·诺伊曼分析409

4.2 耗散与色散分析410

4.3 修正方程410

4.4 限制器410

5 流动求解器的分析412

5.1 物理模型412

5.2 基本的离散和网格412

5.3 对流项和黏性项的空间离散化413

5.4 时间离散413

6 结束语413

参考文献413

第43章 基于湍流流动实验的CFD验证和确认415

1 背景415

2 亚格子尺度问题416

2.1 SGS的敏感性417

3 超网格尺度问题417

4 入流和初始条件418

4.1 特征入流419

4.2 湍流入流420

5 结论421

致谢422

参考文献422

第44章 航空航天工程中的黎曼求解器424

1 引言424

2 数值方法：有限体积法424

2.1 守恒型方程424

2.2 有限体积法424

2.3 有限体积法的例子425

2.4 一般设置的有限体积法426

3 黎曼问题426

3.1 解的结构427

3.2 求解黎曼问题的方法427

4 黎曼求解器的例子：三维多组分流动的HLLC428

5 蓝图和结论429

参考文献429

第45章 网格生成技术431

1 引言431

2 网格生成策略和技术431

2.1 结构网格系统432

2.2 非结构网格系统433

2.3 自适应网格生成436

2.4 网格生成过程437

2.5 网格软件、工具和详细信息437

3 未来发展趋势和关键技术437

参考文献438

第46章 CFD的高性能计算440

1 引言440

2 引例441

3 HPC设计和软件环境的里程碑442

4 算法和性能估算444

5 HPC的机遇447

参考文献448

第47章 雷诺平均方法450

1 引言450

2 湍流模型451

2.1 基本约束条件以及假设451

2.2 模型分类452

2.3 线性涡黏模型（LEVM）452

2.4 各向异性模型454

2.5 模型验证457

注释459

参考献459

第48章 大涡模拟461

1 引言461

2 显式LES462

2.1 函数模型462

2.2 结构模型462

3 隐式LES462

4 LES的应用463

5 LES的可靠性与验证465

6 结论466

注释466

参考文献466

第49章 直接数值模拟467

1 引言467

2 雷诺数限定467

3 空间离散468

3.1 谱方法468

3.2 有限差分方法469

4 时间离散470

5 边界条件和初始条件471

6 代码验证和分辨率准则472

注释472

参考文献473

扩展阅读473

第50章 稀薄气体流动的计算模型474

1 引言474

2 扩展流体力学475

2.1 修改表面边界条件475

2.2 基于动量的方程475

3 玻尔兹曼方程477

4 蒙特卡洛直接模拟方法478

5 混合方法480

5.1 混合DSMC／CFD481

5.2 混合玻尔兹曼／CFD481

参考文献482

第51章 包含微重力应用和空间应用的多相流计算建模484

1 引言484

2 多相流数值算法484

2.1 分界面表示485

2.2 分界面动力学建模486

2.3 存在的挑战与近期的研究进展486

3 基于标记的三维自适应欧拉拉格朗日法487

3.1 基于标记的分界面表示487

3.2 指示函数488

3.3 流体分界面的处理：连续分界面方法489

3.4 固体分界面的处理：突变分界面方法489

3.5 接触线的处理489

3.6 拓扑变化：分界面重构489

3.7 自适应网格490

4 微重力流动应用与空间应用491

4.1 一对液滴碰撞491

4.2 航天器燃料箱中冷却剂的晃动491

4.3 飞行器推力振荡时液体燃料的表面稳定性492

5 结论492

致谢492

参考文献492

第52章 计算流体力学中的优化方法494

1 气动设计简介494

2 气动优化和控制理论495

3 设计构思496

4 设计优化过程496

5 利用保角变换设计势流翼型497

6 利用欧拉方程设计机翼498

7 设计案例分析500

7.1 二维跨声速翼型的研究500

7.2 鲨鱼赛车设计502

7.3 超级波音747502

7.4 跨声速商务喷气机外形优化502

8 结论503

致谢503

参考文献503

第53章 自适应网格和重叠网格方法505

1 引言505

2 自适应网格加密505

3 重叠网格506

4 应用509

5 总结510

参考文献511

第54章 计算流体力学中的求解方法和加速技术512

1 引言512

2 稳态求解方法512

2.1 显式单级方法514

2.2 显式多级方法514

2.3 隐式方法和亏损修正515

2.4 CFD的多重网格法515

3 时间精确求解方法516

3.1 双时间迭代516

3.2 两种可行的方法516

4 结论516

注释517

参考文献517

第55章 燃烧计算519

1 引言519

2 物理现象和公式520

2.1 控制方程521

2.2 数值模拟中的化学动力学难题521

2.3 滤波模型和方程求解522

3 数值和计算问题523

3.1 数值算法和精度523

3.2 并行运算和成本524

3.3 分析和后处理524

4 算例结果524

5 前景展望和挑战527

参考文献527

第56章 计算流体力学的格子玻尔兹曼方法529

1 格子玻尔兹曼方程529

1.1 数学背景529

1.2 大涡模拟530

1.3 边界条件530

1.4 液液和液面相互作用531

2 计算流体力学中的应用531

2.1 不可压衰减湍流的DNS531

2.2 光滑球体绕流的LES533

2.3 悬浮颗粒／微粒悬浮533

2.4 倾斜表面上液滴的滑动534

2.5 通过多孔介质的流动534

3 结论与展望535

致谢535

参考文献535

第57章 间断伽辽金方法537

1 引言537

2 算法537

2.1 一维守恒律的DG格式537

2.2 时间离散538

2.3 非线性限制器539

2.4 多维系统概述539

2.5 对流扩散方程540

3 两个例子540

4 结论542

参考文献542

第58章 隐式CFD方法和非结构网格544

1 引言544

2 双时间步方法545

3 隐式时间方法545

3.1 雅可比矩阵的结构545

3.2 分解方法546

3.3 迭代方法547

3.4 简化的雅可比方法547

4 加速技术548

4.1 多重网格方法548

4.2 Krylov方法549

5 时间步和启动的影响550

6 并行计算550

7 展示结果550

8 结论551

相关章节551

参考文献551

第59章 计算磁流体力学553

1 引言553

2 MHD方程553

3 MHD黎曼问题554

4 数值格式555

5 耗散556

6 非物理激波556

7 结论557

参考文献557

第8部分 流体动力学和热力学实验技术561

第60章 风洞设计基础561

1 引言561

2 设备特性561

2.1 驱动系统562

2.2 工作介质562

2.3 管道回路562

2.4 测试段气流品质563

3 风洞设计563

3.1 设计准则563

3.2 组件设计准则564

4 设备描述566

4.1 流动均匀性566

4.2 湍流描述566

4.3 声学和振动567

5 结论567

相关章节568

符号表568

参考文献568

第61章 直接喷射技术的流动可视化570

1 引言570

1.1 直接喷射可视化技术简介570

1.2 本章的目标570

2 直接喷射可视化标记处理571

2.1 烟雾喷射标记571

2.2 烟丝技术571

2.3 化学反应制造传播媒介571

2.4 氦气泡作为传输介质572

2.5 标记介质的选择572

3 直接喷射技术572

3.1 来流烟耙子和管道572

3.2 通过模型引入媒介573

4 直接喷射流动可视化技术实例573

4.1 高性能飞行器组件上复杂流动结构的烟可视化573

4.2 烟丝下轴对称射流的不稳定性576

4.3 尾涡不稳定性的氦气泡可视化技术577

5 总结578

致谢578

参考文献578

第62章 光学流动显示580

1 光学流动显示的基本原理580

2 影像图580

3 纹影581

4 云纹折射法582

5 干涉测量法583

5.1 差分干涉测量法583

5.2 参考光束干涉法583

6 光学层析成像584

7 结论584

致谢585

参考文献585

第63章 压力与速度测量586

1 引言586

2 压力测量586

2.1 固体表面的压力测量586

2.2 压力测量传感器587

2.3 管的声学特性和试验校正588

3 多孔探针的操作原理与设计589

3.1 多孔探针的操作原理589

3.2 一孔、三孔、五孔、七孔、十二孔及十八孔探针590

3.3 尖端／颈部形状及压力测量591

4 测量过程591

4.1 校准设备592

4.2 测量数学关系及测量过程593

4.3 数据减少过程593

4.4 超声速流动的校准594

4.5 高频响应探针的校准594

5 探针干扰595

6 总结595

参考文献595

第64章 剪应力测量597

1 引言597

2 剪应力、测量尺度和挑战597

2.1 湍流中的小尺度流动598

2.2 测量和应用中的挑战598

3 剪应力测量技术概述599

3.1 间接测量技术600

3.2 直接测量技术600

4 常规技术和发展中的技术601

4.1 小区域的平均测量油膜干涉法601

4.2 用于点测的速度场法602

4.3 表面测量的微型基柱法602

4.4 用于平均和波动测量的浮动单元平衡602

5 剪应力传感器校准603

5.1 静态校准603

5.2 平均剪应力校准603

5.3 动态校准604

6 结论604

参考文献604

第65章 热力式风速仪606

1 引言606

2 单个热丝探针上的流动607

3 传感器609

3.1 频率响应610

3.2 角灵敏度610

4 空间和时间分辨率611

5 涡量、应变率和耗散的测量612

6 超声速流动中的热丝风速仪614

7 微纳米传感器614

8 结论614

致谢614

参考文献615

第66章 激光多普勒测速仪617

1 测量原理617

2 光学配置618

2.1 发射光学618

2.2 接收光学器件619

2.3 系统配置620

3 信号处理623

4 数据处理624

5 空气动力学应用中的问题625

相关章节626

参考文献626

第67章 粒子图像测速629

1 引言629

2 流动示踪631

2.1 示踪剂的物理特性631

2.2 投放技术632

3 照明和成像633

3.1 片光源633

3.2 成像633

3.3 数字记录634

4 图像判读635

4.1 动态范围635

4.2 多步／多格视图636

5 后处理637

5.1 数据简化638

注释638

参考文献638

扩展阅读639

第68章 光谱学及散射技术640

1 引言640

2 激光吸收光谱学640

3 瑞利散射641

4 拉曼散射643

5 激光诱导荧光643

6 连续反斯托克斯拉曼散射645

7 总结645

参考文献646

第69章 温度和热传递的测量648

1 引言648

2 电阻式温度传感器649

2.1 金属电阻式传感器649

2.2 电阻式温度传感器桥接电路649

2.3 热敏电阻649

3 热电偶650

3.1 热电偶的工作原理650

3.2 热电偶中虚假信号的产生652

3.3 热电偶的热电定理652

3.4 热电偶补偿652

3.5 多热电偶排布652

3.6 热电偶的特殊用途652

4 双金属温度传感器653

5 二极管温度传感器653

6 液晶温度计653

7 红外温度计和高温计655

8 热传递测量655

9 结论656

致谢656

参考文献656

第70章 风洞的气动力和气动力矩测量658

1 定义658

1.1 坐标系658

1.2 风洞659

1.3 模型和支撑系统659

2 天平类型及常用术语660

2.1 天平类型660

2.2 常用术语660

3 应变天平的发展660

3.1 应变天平的设计要求661

3.2 应变天平的结构设计661

3.3 应变天平的单元布置661

3.4 应变天平的结构尺寸661

3.5 应变天平测量单元中的应变计算663

3.6 天平单元的强度校核与刚度计算663

3.7 天平测量线路的布置663

3.8 天平校准663

4 低速风洞中的气动力和气动力矩测量663

4.1 风洞、模型和测试条件663

4.2 支撑系统663

4.3 数据采集和处理663

4.4 典型的测试结果664

5 高速风洞中的气动力和气动力矩测量664

5.1 风洞、模型和测试条件664

5.2 模型姿态和支撑系统664

5.3 数据采集、处理和修正665

5.4 测试结果665

6 高超声速风洞中的气动力和气动力矩测量666

6.1 风洞和测试条件666

6.2 模型姿态和支撑系统666

6.3 数据采集、处理和修正666

6.4 测试结果666

7 总结666

符号和缩略语667

参考文献667

附录1 《航空航天科技出版工程》英文版编写委员会668

附录2 《航空航天科技出版工程1 流体动力学与空气热力学》英文版参编人员671

索引675