空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)

目錄
緒論 1
0.1 空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)的目的和任務(wù) 1
0.2 空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)的歷史 1
0.3 空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本理論 5
0.4 空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本方法 6
第1章 理論基礎(chǔ) 12
1.1 連續(xù)方程 12
1.1.1 流體運(yùn)動(dòng)的描述 12
1.1.2 流線、流管與流量 16
1.1.3 散度、旋度與勢(shì)函數(shù) 18
1.1.4 微分形式連續(xù)方程 21
1.1.5 積分形式連續(xù)方程 22
1.2 動(dòng)量方程 26
1.2.1 理想流體微分形式動(dòng)量方程及其伯努利積分方程 26
1.2.2 黏性流體微分形式動(dòng)量方程及其伯努利積分方程 30
1.2.3 積分形式動(dòng)量方程 36
1.3 能量方程 38
1.3.1 微分形式能量方程 38
1.3.2 積分形式能量方程 40
1.3.3 高速可壓縮一維定常絕熱流動(dòng)能量方程 42
1.4 層流和湍流 43
1.4.1 黏性流體作用力特征與影響 43
1.4.2 黏性流體的層流和湍流流態(tài) 44
1.4.3 黏性流體流態(tài)的判定與雷諾數(shù) 44
1.4.4 黏性流體層流、湍流流動(dòng)損失 45
1.4.5 湍流的基本特征 46
1.4.6 湍流的描述方法 47
1.5 邊界層、流動(dòng)分離和旋渦 48
1.5.1 旋渦的基本概念及定理 48
1.5.2 邊界層 57
1.5.3 流動(dòng)分離 62
1.6 激波和膨脹波 64
1.6.1 基本概念及一維絕熱流動(dòng)能量方程 64
1.6.2 馬赫波 67
1.6.3 膨脹波 68
1.6.4 激波 69
1.7 翼型的氣動(dòng)特性 74
1.7.1 翼型的幾何參數(shù) 74
1.7.2 翼型迎角和空氣動(dòng)力系數(shù) 76
1.7.3 低速翼型氣動(dòng)特性 78
1.7.4 亞聲速、跨聲速和超聲速翼型氣動(dòng)特性簡(jiǎn)介 82
1.7.5 翼型氣動(dòng)特性實(shí)驗(yàn) 86
第2章 實(shí)驗(yàn)原理與誤差分析 89
2.1 流體力學(xué)相似理論 89
2.1.1 原型實(shí)驗(yàn)和模擬實(shí)驗(yàn) 89
2.1.2 流體力學(xué)相似和相似參數(shù) 89
2.1.3 量綱分析 93
2.1.4 π定理的應(yīng)用 97
2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 101
2.2.1 DOE介紹 102
2.2.2 DOE的統(tǒng)計(jì)學(xué)原理 104
2.2.3 DOE的操作步驟 105
2.2.4 實(shí)驗(yàn)策略與計(jì)劃 106
2.3 實(shí)驗(yàn)誤差分析 108
2.3.1 基本概念 108
2.3.2 誤差理論與誤差處理方法 111
2.3.3 間接測(cè)量誤差的處理 117
2.3.4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的基本方法 120
第3章 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與測(cè)試技術(shù) 124
3.1 風(fēng)洞基礎(chǔ)知識(shí) 124
3.1.1 風(fēng)洞及其發(fā)展簡(jiǎn)介 124
3.1.2 風(fēng)洞工作原理和分類 126
3.1.3 風(fēng)洞性能和流場(chǎng)品質(zhì) 127
3.1.4 風(fēng)洞結(jié)構(gòu)及其功能 128
3.1.5 風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)來流條件調(diào)整和測(cè)量 131
3.2 北京航空航天大學(xué)主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備 131
3.2.1 低速風(fēng)洞 133
3.2.2 高速風(fēng)洞 136
3.2.3 多用途低速水洞 137
3.3 流動(dòng)顯示實(shí)驗(yàn)方法 138
3.3.1 流動(dòng)顯示及其發(fā)展歷史 138
3.3.2 流動(dòng)顯示方法分類 140
3.4 參數(shù)測(cè)量實(shí)驗(yàn)方法 143
3.4.1 速度測(cè)量 144
3.4.2 壓強(qiáng)測(cè)量 147
3.4.3 溫度和熱流測(cè)量 150
3.4.4 密度測(cè)量 151
3.4.5 壁面剪切應(yīng)力測(cè)量 152
3.4.6 氣動(dòng)力和力矩測(cè)量 153
3.4.7 非定常氣動(dòng)力和壓強(qiáng)測(cè)量 154
3.4.8 氣動(dòng)聲學(xué)測(cè)量 156
第4章 基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn) 164
4.1 二維物體繞流煙風(fēng)洞流動(dòng)顯示實(shí)驗(yàn) 164
4.1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?164
4.1.2 實(shí)驗(yàn)原理 164
4.1.3 實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)方法 168
4.1.4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟 169
4.1.5 思考和討論 170
4.2 升力環(huán)量定理實(shí)驗(yàn)(馬格納斯效應(yīng)) 170
4.2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?170
4.2.2 實(shí)驗(yàn)原理 171
4.2.3 實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)方法 172
4.2.4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟 173
4.2.5 思考和討論 174
4.3 風(fēng)洞三角翼表面油流顯示實(shí)驗(yàn) 175
4.3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?175
4.3.2 實(shí)驗(yàn)原理 175
4.3.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)裝置 178
4.3.4 實(shí)驗(yàn)方法和操作 179
4.3.5 實(shí)驗(yàn)報(bào)告 180
4.3.6 思考和討論 180
4.4 水槽三角翼前緣渦染色液流動(dòng)顯示實(shí)驗(yàn) 181
4.4.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?181
4.4.2 實(shí)驗(yàn)原理 181
4.4.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 183
4.4.4 實(shí)驗(yàn)參數(shù) 185
4.4.5 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟 185
4.4.6 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 185
4.4.7 思考和討論 186
4.5 動(dòng)量方程實(shí)驗(yàn) 186
4.5.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?186
4.5.2 實(shí)驗(yàn)裝置 186
4.5.3 實(shí)驗(yàn)原理 188
4.5.4 實(shí)驗(yàn)步驟 189
4.5.5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 189
4.5.6 思考討論 190
4.5.7 注意事項(xiàng) 190
4.6 能量方程(伯努利方程)實(shí)驗(yàn) 190
4.6.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?190
4.6.2 實(shí)驗(yàn)裝置 190
4.6.3 實(shí)驗(yàn)原理 192
4.6.4 實(shí)驗(yàn)步驟 192
4.6.5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 193
4.6.6 思考討論 194
4.6.7 注意事項(xiàng) 194
4.7 雷諾實(shí)驗(yàn) 194
4.7.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?194
4.7.2 實(shí)驗(yàn)裝置 194
4.7.3 實(shí)驗(yàn)原理 195
4.7.4 實(shí)驗(yàn)步驟 196
4.7.5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 197
4.7.6 思考討論 197
4.7.7 注意事項(xiàng) 198
4.8 平板邊界層內(nèi)速度分布測(cè)量實(shí)驗(yàn) 198
4.8.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?198
4.8.2 實(shí)驗(yàn)原理 198
4.8.3 實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)方法 199
4.8.4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟及注意事項(xiàng) 204
4.8.5 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 204
4.8.6 思考和討論 205
附錄 平板邊界層速度測(cè)量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄 205
4.9 翼型表面壓強(qiáng)分布測(cè)量實(shí)驗(yàn) 208
4.9.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?208
4.9.2 實(shí)驗(yàn)原理 208
4.9.3 實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法 209
4.9.4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟及注意事項(xiàng) 212
4.9.5 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 213
4.9.6 思考與討論 213
附錄 翼型表面壓強(qiáng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理結(jié)果 213
4.10 超聲速風(fēng)洞激波觀測(cè)實(shí)驗(yàn) 216
4.10.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?216
4.10.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 216
4.10.3 實(shí)驗(yàn)原理 218
4.10.4 實(shí)驗(yàn)步驟 220
4.10.5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 221
4.10.6 思考討論 222
4.10.7 注意事項(xiàng) 222
第5章 綜合性實(shí)驗(yàn) 223
5.1 機(jī)翼模型機(jī)械式天平測(cè)力實(shí)驗(yàn) 223
5.1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?223
5.1.2 實(shí)驗(yàn)原理 223
5.1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及工作原理簡(jiǎn)介 225
5.1.4 實(shí)驗(yàn)步驟 231
5.1.5 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 231
5.1.6 思考和討論 232
5.1.7 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄 232
5.2 全機(jī)模型應(yīng)變式天平測(cè)力實(shí)驗(yàn) 234
5.2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?234
5.2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及工作原理 234
x 空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)
5.2.3 實(shí)驗(yàn)步驟 240
5.2.4 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 240
5.2.5 思考和討論 240
5.2.6 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄 240
5.3 合成射流速度場(chǎng)測(cè)量實(shí)驗(yàn) 242
5.3.1 背景和意義 242
5.3.2 實(shí)驗(yàn)原理 243
5.3.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備儀器和實(shí)驗(yàn)過程 245
5.3.4 典型實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析 246
5.3.5 思考和討論 250
5.4 風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)段流場(chǎng)品質(zhì)測(cè)量實(shí)驗(yàn) 250
5.4.1 風(fēng)洞流場(chǎng)品質(zhì)研究 250
5.4.2 流場(chǎng)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)分析方法 251
5.4.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及風(fēng)洞 252
5.4.4 典型結(jié)果分析 256
5.4.5 小結(jié) 259
5.5 多段翼表面壓強(qiáng)分布測(cè)量實(shí)驗(yàn) 259
5.5.1 增升裝置簡(jiǎn)介 259
5.5.2 實(shí)驗(yàn)裝置及模型 260
5.5.3 多段翼表面壓力系數(shù)測(cè)量結(jié)果 262
5.5.4 小結(jié) 263
5.6 細(xì)長(zhǎng)旋成體繞流速度場(chǎng)PIV實(shí)驗(yàn) 263
5.6.1 背景和意義 263
5.6.2 實(shí)驗(yàn)原理 264
5.6.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備儀器和實(shí)驗(yàn)過程 265
5.6.4 典型實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析 267
5.6.5 思考題 269
5.7 螺旋槳?dú)鈩?dòng)與噪聲特性風(fēng)洞實(shí)驗(yàn) 269
5.7.1 螺旋槳研究現(xiàn)狀 269
5.7.2 螺旋槳風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)相似準(zhǔn)則 271
5.7.3 實(shí)驗(yàn)裝置與模型 272
5.7.4 實(shí)驗(yàn)步驟 277
5.7.5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 277
5.7.6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 279
5.7.7 思考題 282
5.8 多段翼氣動(dòng)噪聲實(shí)驗(yàn) 282
5.8.1 增升裝置氣動(dòng)噪聲研究現(xiàn)狀 282
5.8.2 麥克風(fēng)陣列測(cè)試原理 283
5.8.3 實(shí)驗(yàn)裝置及模型 285
5.8.4 多段翼氣動(dòng)噪聲測(cè)量結(jié)果 287
5.8.5 小結(jié) 291
第6章 進(jìn)階性實(shí)驗(yàn) 292
6.1 昆蟲撲翼運(yùn)動(dòng)學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn) 292
6.1.1 背景和意義 292
6.1.2 實(shí)驗(yàn)原理 294
6.1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備儀器和實(shí)驗(yàn)過程 296
6.1.4 典型實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析 297
6.1.5 思考題 300
6.2 空腔流動(dòng)熱線測(cè)速實(shí)驗(yàn) 300
6.2.1 空腔流動(dòng)研究意義 300
6.2.2 實(shí)驗(yàn)裝置及模型 300
6.2.3 空腔剪切層測(cè)量 302
6.2.4 小結(jié) 306
6.3 機(jī)翼俯仰振蕩遲滯環(huán)動(dòng)力學(xué)測(cè)量實(shí)驗(yàn) 306
6.3.1 機(jī)翼俯仰振蕩研究背景 306
6.3.2 氣動(dòng)力遲滯原理 308
6.3.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)置 309
6.3.4 數(shù)據(jù)采集及處理過程 310
6.3.5 測(cè)量結(jié)果 312
6.3.6 思考題 313
6.4 微流動(dòng)Micro-PIV測(cè)量實(shí)驗(yàn) 313
6.4.1 背景和意義 313
6.4.2 實(shí)驗(yàn)原理 314
6.4.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備儀器和實(shí)驗(yàn)過程 315
6.4.4 典型實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 319
6.4.5 思考題 323
6.5 油膜干涉法測(cè)量壁面摩擦應(yīng)力實(shí)驗(yàn) 323
6.5.1 背景和意義 323
6.5.2 實(shí)驗(yàn)原理 323
6.5.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備儀器和實(shí)驗(yàn)過程 324
xii 空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)
6.5.4 典型