本书介绍关于高超声速流动规律、高超声速气流和飞行器相互作用的基础理论、基本方法和相关应用。全书共7章，第1章为绪论，第2、3章阐述高超声速无黏流的理论分析和近似计算方法，第4章讨论高超声速边界层，第 5章介绍高温流动，第6章介绍高超声速流动数值模拟方法，第7章为低密度效应概述。
样章试读
目录
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第1章 绪论 1
1.1 高超声速流动的特征 1
1.2 高超声速空气动力学的研究内容和方法 4
1.2.1 研究内容 4
1.2.2 研究方法 4
1.3 本书内容选择与安排 5
1.3.1 选材的考虑 5
1.3.2 内容安排 6
习题 9
第2章 高超声速飞行器物面压力的工程估算方法 11
2.1 高超声速流的激波和膨胀波关系式 11
2.1.1 由正激波关系式导出斜激波关系式 11
2.1.2 高超声速流的斜激波关系式 13
2.1.3 高超声速流的近似膨胀波关系式 15
2.2 牛顿流模型 16
2.2.1 物面压力系数的牛顿正弦平方定律 16
2.2.2 牛顿压力系数公式适用于高超声速的原因 16
2.2.3 牛顿压力系数公式的应用与效果 18
2.2.4 应用牛顿压力系数公式计算空气动力 20
2.3 牛顿压力系数公式的修正 21
2.3.1 牛顿压力系数公式的利斯修正式 21
2.3.2 牛顿压力系数公式的布塞曼修正 22
2.3.3 牛顿公式的局限性和内伏牛顿公式 26
2.4 切劈法和切锥法 28
2.4.1 切劈法和切锥法思路 28
2.4.2 切劈法 29
2.4.3 切锥法 29
2.4.4 工程估算公式 31
2.5 激波-膨胀波法 33
2.5.1 激波-膨胀波法的要点 33
2.5.2 高超声速薄体绕流下的激波-膨胀波法 34
习题 37
第3章 高超声速无黏流场的性质和简化分析 39
3.1 高超声速小扰动简化方程组 39
3.1.1 扰动区(激波层)内扰动量的量级分析 40
3.1.2 采用扰动速度表示的方程组及其无量纲化 41
3.1.3 高超声速小扰动方程组及其特点分析 42
3.2 高超声速相似律 43
3.2.1 无量纲的物面边界条件 43
3.2.2 无量纲的激波边界条件 44
3.2.3 小扰动下的高超声速流动相似律 45
3.2.4 适用于尖头细长体的高超声速相似律 46
3.2.5 适用于微钝头细长体的高超声速相似律 47
3.2.6 高超声速相似律的应用 48
3.3 高超声速流的等价原理 48
3.3.1 三维定常小扰动方程组与二维非定常欧拉方程组的等价性 48
3.3.2 等价原理的物理含义 50
3.3.3 物面定解条件的等价性 50
3.3.4 激波边界条件的等价性 52
3.3.5 等价原理的应用 53
3.4 幂次体零迎角高超声速定常绕流 54
3.4.1 活塞膨胀流动的控制方程组、定解条件及量纲分析 54
3.4.2 强激波条件下一级近似的无量纲控制方程组 56
3.4.3 强激波条件下的无量纲定解条件 56
3.4.4 强激波条件下的方程求解及数值结果 57
3.5 爆炸波理论在高超声速绕流中的应用 59
3.5.1 微钝头的影响分析 59
3.5.2 微钝头细长体绕流的等价运动 61
3.5.3 爆炸问题的方程和定解条件 62
3.5.4 量纲分析与方程和定解条件变换 64
3.5.5 强爆炸问题的方程与数值结果 66
3.5.6 钝头细长体的压力分布与激波形状结果 67
3.6 薄激波层理论 69
3.6.1 物面坐标系下的控制方程组与边界条件 69
3.6.2 变换坐标系下的控制方程组及其近似 72
3.6.3 变换坐标系下的边界条件及其近似 74
3.6.4 零级近似方程的求解 76
3.6.5 无黏激波层求解的反方法 78
3.7 马赫数无关原理 80
3.7.1 控制方程和边界条件的无量纲化 80
3.7.2 马赫数极大时的无量纲控制方程和边界条件分析 81
习题 83
第4章 高超声速边界层 85
4.1 高超声速层流边界层方程及相似解 85
4.1.1 黏流控制方程 85
4.1.2 二维定常可压缩边界层方程的导出 87
4.1.3 边界层方程的利斯-多罗尼岑变换 92
4.1.4 平板边界层方程的自相似解 94
4.1.5 二维驻点区边界层 94
4.1.6 轴对称驻点区边界层 96
4.2 高超声速层流边界层摩阻和传热的典型结果 97
4.2.1 变换坐标系下的摩阻、斯坦顿数St 表达式 97
4.2.2 平板的摩阻系数、斯坦顿数St 98
4.2.3 钝体的驻点热流 100
4.3 高超声速边界层转捩 102
4.3.1 边界层转捩的确定 102
4.3.2 影响转捩的因素 103
4.4 高超声速湍流边界层 104
4.4.1 高超声速湍流的特点 104
4.4.2 二维统计定常湍流的边界层动量方程 105
4.4.3 等效湍流黏度与热传导系数 106
4.4.4 高超声速湍流边界层摩阻和传热的典型结果 107
4.5 高超声速黏性相互作用 108
4.5.1 压力相互作用的产生原因 109
4.5.2 高超声速边界层的位移厚度分布 110
4.5.3 弱相互作用区和强相互作用区的压力分布 112
4.5.4 压力相互作用区的流动特点小结 113
4.5.5 气动力系数与相互作用参数的关系 114
4.6 高超声速黏流求解的一层模型 115
习题 116
第5章 高温流动 117
5.1 高温流动的研究背景 117
5.1.1 高超声速飞行中出现的流场高温现象 117
5.1.2 气体的分类 119
5.1.3 高温流动的特点 119
5.2 单一化学组元气体的平衡态热力学特性 120
5.2.1 气体分子的微观运动状态和能量模式 120
5.2.2 平衡态的粒子能级分布与配分函数 122
5.2.3 气体的热力学特性 124
5.3 化学平衡气体的组成和热力学特性 125
5.3.1 混合物粒子系统的化学平衡分布 125
5.3.2 化学平衡关系式与平衡常数 127
5.3.3 高温空气化学平衡组成的确定 128
5.3.4 平衡化学反应气体的热力学特性 129
5.4 非平衡过渡过程与流动的热化学状态 132
5.4.1 振动能变化速率方程 132
5.4.2 化学反应速率方程 134
5.4.3 流动的热化学状态 137
5.4.4 非平衡流和冻结流中气体混合物的热力学特性 138
5.5 无黏高温平衡流 138
5.5.1 流动控制方程 139
5.5.2 平衡激波流动 140
5.5.3 准一维喷管平衡流 142
5.5.4 航天飞机平衡流计算结果讨论 145
5.6 无黏高温非平衡流 145
5.6.1 无黏高温非平衡流控制方程的建立 146
5.6.2 非平衡激波流动 149
5.6.3 无黏非平衡流的双尺度律 151
5.7 高温黏流 153
5.7.1 高温黏流控制方程的建立 153
5.7.2 化学反应黏流的组元边界条件 158
5.7.3 驻点区层流边界层解 159
习题 164
第6章 高超声速流动数值模拟方法 166
6.1 数值模拟方法简介和主要步骤 166
6.2 高温黏流的守恒型控制方程与定解条件 168
6.2.1 守恒型控制方程 168
6.2.2 数值求解中的向量形式无量纲控制方程 169
6.2.3 方程类型与定解条件提法 171
6.3 数值方法 175
6.3.1 坐标变换 176
6.3.2 时间离散 177
6.3.3 空间离散 183
6.4 高超声速钝体无黏绕流计算 191
6.4.1 头部跨声速区流动计算 192
6.4.2 身部超声速区的数值解法 193
6.5 高超声速黏性激波层方程及求解 195
6.5.1 黏性激波层方程的导出 195
6.5.2 黏性激波层方程的求解方法 197
6.5.3 黏性激波层方程的求解实例 197
6.6 抛物化的N-S 方程 198
6.7 典型高超声速流动N-S 方程数值求解结果 200
6.7.1 高超声速钝体绕流 200
6.7.2 激波-边界层相互作用流动 205
6.7.3 高焓风洞喷管流动 209
习题 212
第7章 低密度效应概述 214
7.1 稀薄气体流动分区 214
7.1.1 分子碰撞与分子平均自由程 214
7.1.2 分子黏性的机理分析 215
7.1.3 Knudsen数Kn与马赫数Ma和雷诺数Re的关系 216
7.1.4 流动分区判据 217
7.2 自由分子流区的压力和切应力 218
7.2.1 物面应力与入射分子、反射分子动量的关系 218
7.2.2 入射分子动量 219
7.2.3 反射分子动量 221
7.2.4 物面压力和切应力计算式 222
7.2.5 典型物形的升力、阻力系数 223
7.3 滑流区的边界条件 226
7.3.1 壁面滑移边界条件 226
7.3.2 滑流区兰金-于戈尼奥关系式的修正式 228
7.4 直接模拟蒙特卡罗方法 231
7.4.1 应用于稀薄气体动力学的蒙特卡罗方法沿革 231
7.4.2 直接模拟蒙特卡罗方法的特点与仿真方案 232
习题 233
附录1 234
附1.1 高超声速层流边界层厚度随马赫数和雷诺数的变化关系 234
附1.2 高空大气的性质 235
附录2 239
附2.1 高超声速细长圆锥绕流的近似解 239
附2.2 斜激波后马赫数公式推导 243
附录3 245
附3.1 运动激波关系式 245
附3.2 强激波条件下活塞膨胀流动方程变换推导 247
附3.3 爆炸问题的方程和能量条件变换推导 249
附3.4 薄激波层理论中近似激波边界条件推导 252
附录4 258
附4.1 利斯-多罗尼岑变换定义和迁移导数算子的变换式 258
附4.2 动量方程的变换式 259
附4.3 能量方程的变换式 261
附4.4 轴对称驻点区边界层方程变换的推导思路 262
附录5 265
附5.1 平动配分函数 265
附5.2 转动配分函数 265
附5.3 振动配分函数 266
附录6 268
附6.1 高超声速钝体无黏绕流头部区数值求解 268
附6.2 高超声速钝体无黏绕流身部超声速区的数值求解 275
附录7 282
附7.1 单位时间入射至物面单位面积的粒子数 282
附7.2 单位时间入射至物面单位面积的法向动量 283
附7.3 圆柱的阻力系数 285
附7.4 圆球的阻力系数 289
主要变量名表 292
习题参考答案 301
参考文献 302
京公网安备 11010102004214号