空气动力学设计基础

空气动力学设计是航空宇航科学与技术等专业的研究生核心课程。本书包括空气动力学设计基础理论和现代飞机/航空发动机气动设计案例两大部分，重点培养学生解决空气动力学设计问题的创新能力。全书共6章，分别为绪论，几何建模，流动分析与优化目标，设计理论、方法与策略，现代飞机气动设计案例，以及航空发动机设计案例。本书主要面向航空宇航科学与技术、飞行器设计、工程力学、流体力学等专业的研究生，也可作为相近专业学生和技术人员的参考书。

序
前言
第1章绪论1
1.1空气动力学设计的发展1
1.1.1数值模拟1
1.1.2气动设计的新要求2
1.2空气动力学设计的基本内容3
1.2.1设计对象：几何模型3
1.2.2空气动力学设计的基本要素：设计目标5
1.2.3空气动力学设计的基本要素：设计约束7
1.2.4设计方法7
1.3飞机空气动力学设计8
1.3.1气动设计在飞机设计中的地位8
1.3.2飞机气动设计的任务9
1.4航空发动机空气动力学设计10
1.4.1航空发动机气动设计在飞机设计中的地位11
1.4.2航空发动机气动设计的要求11
1.5本章习题11
第2章空气动力学设计基础Ⅰ：几何建模13
2.1二维参数化建模方法13
2.1.1NURBS曲线13
2.1.2Hicks-Henne方法15
2.1.3PARSEC方法16
2.1.4CST方法17
2.1.5基于奇异值分解的本征正交分解(SVD-POD)法18
2.1.6二维参数化建模方法小结20
2.2三维参数化建模方法20
2.2.1参数化曲线放样方法20
2.2.2NURBS曲面22
2.2.3三维CST方法24
2.2.4自由曲面变形方法25
2.2.5三维参数化建模方法小结26
2.3参数化建模方法近期新进展26
2.3.1CST参数化方法的改进27
2.3.2FFD参数化方法的改进29
2.3.3纳入气动参数的参数化方法(PAERO方法)31
2.4本章习题32
第3章空气动力学设计基础Ⅱ：流动分析与优化目标33
3.1网格生成技术33
3.1.1结构化网格生成方法34
3.1.2非结构化网格生成方法36
3.1.3特殊网格38
3.1.4网格变形40
3.2数值模拟方法44
3.2.1控制方程45
3.2.2离散格式46
3.2.3湍流模型52
3.3复杂流动机理分析59
3.3.1分离流59
3.3.2旋涡流动63
3.3.3转捩与湍流65
3.3.4激波边界层干扰69
3.4试验验证73
3.4.1总体性能验证方法73
3.4.2典型流动现象验证74
3.5本章习题76
第4章空气动力学设计基础Ⅲ：设计理论、方法与策略79
4.1优化设计理论基础79
4.1.1设计要素79
4.1.2优化设计问题的分类81
4.1.3最值和极值的概念83
4.1.4收敛的概念84
4.2正设计方法86
4.2.1优化算法86
4.2.2代理模型105
4.3反设计方法126
4.3.1引言126
4.3.2反设计方法简介126
4.3.3基于性能指标和流场分布的反设计方法128
4.4优选的人工智能方法131
4.4.1基于人工智能的寻优方法131
4.4.2基于人工智能的代理模型141
4.5设计策略147
4.5.1两轮优化设计策略147
4.5.2多点优化策略148
4.5.3鲁棒设计策略150
4.5.4纳什均衡与多目标气动优化152
4.6优化设计的实现过程案例[282]162
4.7本章习题165
第5章现代飞机气动设计案例168
5.1总体气动布局168
5.1.1总体气动布局的意义168
5.1.2典型布局形式的分类和特点169
5.2翼型172
5.2.1翼型的参数及分类173
5.2.2翼型气动特性与各参数间的联系176
5.2.3翼型气动特性与飞机性能的联系179
5.2.4翼型设计案例179
5.3超临界机翼183
5.3.1超临界翼型183
5.3.2超临界机翼的三维构型和主要参数187
5.3.3超临界机翼设计准则193
5.3.4超临界机翼设计案例194
5.3.5优选机翼减阻方法198
5.4机翼-吊挂-短舱一体化设计203
5.4.1概述203
5.4.2发动机短舱-机翼相对位置204
5.5翼身融合体207
5.5.1翼身融合体的概念207
5.5.2翼身融合体的研究与应用208
5.5.3翼身融合体的特点211
5.5.4翼身融合构型集成设计实例213
5.6分布式推进飞行器215
5.6.1分布式推进飞行器的基本概念和原理215
5.6.2分布式推进飞行器的多学科优化216
5.6.3未来分布式推进飞行器的发展方向和挑战217
5.7乘波体设计217
5.7.1乘波体基本概念218
5.7.2常见的几种设计方法219
5.8本章习题222
第6章航空发动机设计案例223
6.1短舱223
6.2风扇226
6.3压气机233
6.3.1流道设计234
6.3.2叶片设计235
6.4短舱-风扇跨部件内外流一体化气动分析238
6.5本章习题243
参考文献244