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)備與測試技術(shù) 124
3.1 風(fēng)洞基礎(chǔ)知識 124
3.1.1 風(fēng)洞及其發(fā)展簡介 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)測量實(shí)驗(yàn)方法 143
3.4.1 速度測量 144
3.4.2 壓強(qiáng)測量 147
3.4.3 溫度和熱流測量 150
3.4.4 密度測量 151
3.4.5 壁面剪切應(yīng)力測量 152
3.4.6 氣動(dòng)力和力矩測量 153
3.4.7 非定常氣動(dòng)力和壓強(qiáng)測量 154
3.4.8 氣動(dòng)聲學(xué)測量 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 平板邊界層速度測量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄 205
4.9 翼型表面壓強(qiáng)分布測量實(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 合成射流速度場測量實(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)段流場品質(zhì)測量實(shí)驗(yàn) 250
5.4.1 風(fēng)洞流場品質(zhì)研究 250
5.4.2 流場數(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)分布測量實(shí)驗(yàn) 259
5.5.1 增升裝置簡介 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)測量結(jié)果 262
5.5.4 小結(jié) 263
5.6 細(xì)長旋成體繞流速度場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 測量結(jié)果 312
6.3.6 思考題 313
6.4 微流動(dòng)Micro-PIV測量實(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