Understanding Aerodynamics

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出版者:
作者:Mclean, J. Douglas
出品人:
页数:576
译者:
出版时间:2012-12
价格:$ 118.65
装帧:
isbn号码:9781119967514
丛书系列:
图书标签:
  • 藏书
  • 流体力学
  • 教材
  • 空气动力学
  • 流体力学
  • 航空
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  • 空气动力学原理
  • 翼型
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  • 航空工程
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具体描述

Much-needed, fresh approach that brings a greater insight into the physical understanding of aerodynamics Based on the author's decades of industrial experience with Boeing, this book helps students and practicing engineers to gain a greater physical understanding of aerodynamics. Relying on clear physical arguments and examples, Mcleanprovides a much-needed, fresh approach to this sometimes contentious subject without shying away from addressing "real" aerodynamic situations as opposed to the oversimplified ones frequently used for mathematical convenience. Motivated by the belief that engineering practice is enhanced in the long run by a robust understanding of the basics as well as real cause-and-effect relationships that lie behind the theory, he provides intuitive physical interpretations and explanations, debunking commonly-held misconceptions and misinterpretations, and building upon the contrasts provided by wrong explanations to strengthen understanding of the right ones. Provides a refreshing view of aerodynamics that is based on the author's decades of industrial experience yet is always tied to basic fundamentals. Provides intuitive physical interpretations and explanations, debunking commonly-held misconceptions and misinterpretations Offers new insights to some familiar topics, for example, what the Biot-Savart law really means and why it causes so much confusion, what "Reynolds number" and "incompressible flow" really mean, and a real physical explanation for how an airfoil produces lift. Addresses "real" aerodynamic situations as opposed to the oversimplified ones frequently used for mathematical convenience, and omits mathematical details whenever the physical understanding can be conveyed without them.

飞行原理的基石:流体力学在航空工程中的深度应用 图书名称: 飞行原理的基石:流体力学在航空工程中的深度应用 内容提要: 本书聚焦于航空航天工程领域中流体力学理论的系统性应用与前沿发展,旨在为工程师、研究人员及高年级本科生提供一个全面、深入且实用的知识框架。我们摒弃了对基础空气动力学(如翼型设计基础、升阻力系数的宏观描述)的重复性介绍,转而深入剖析支撑现代飞行器设计的复杂流体力学机制,探讨如何利用先进的计算和实验技术解决真实世界中的气动难题。 全书共分为六大部分,结构严谨,逻辑递进: 第一部分:连续介质理论的现代诠释与高精度求解 本部分首先回顾了流体力学中控制方程——纳维-斯托克斯(Navier-Stokes, N-S)方程的张量形式,重点强调了在极端速度和高密度比条件下的修正与推广。我们详细阐述了湍流模型的演进,超越传统的RANS(雷诺平均纳维-斯托克斯)方法,深度解析了DES(分离涡模拟)、LES(大涡模拟)在捕捉流动分离、再附着和涡旋结构动态演化过程中的优势与挑战。此外,还引入了基于非线性动力学系统的时频分析方法,用于识别和抑制复杂流动中的固有不稳定性。内容特别涵盖了微尺度效应在微型飞行器(MEMS/NEMS)气动建模中的影响,以及如何将量子修正纳入经典连续介质模型以应对超高真空环境下的流动。 第二部分:复杂边界层动力学与气动弹性耦合 本部分聚焦于边界层这一决定飞行器性能的关键区域。我们不再停留在层流与湍流的宏观判据上,而是深入探讨了边界层转捩的物理机制——从自然转捩到干扰转捩的详细过程。通过引入“有限时间尺度分析”和“线性稳定性理论”(LST),我们建立了预测转捩点的精确模型,并探讨了如何通过表面微结构(如肋条、吸气/吹气装置)主动控制或延迟转捩,以最大化层流区域,显著降低摩擦阻力。 在气动弹性方面,本书详细分析了气动载荷与结构变形之间的非线性耦合问题。我们不仅讨论了经典的颤振(Flutter)分析,更关注于先进复合材料结构在高频振动下的阻尼特性和疲劳寿命预测。引入了基于“非等熵”假设的激波-边界层相互作用(SBLI)对结构载荷的瞬时冲击分析,这对于高超音速飞行器的热防护系统设计至关重要。 第三部分:可压缩流动的非线性效应与激波的控制 针对高超音速飞行(马赫数大于5)的特殊要求,本部分深入研究了激波现象。我们详细阐述了激波驻留、马赫反射以及激波/湍流脉冲相互作用的数值模拟方法,尤其关注了“斜激波与翼型上表面相互作用”导致的局部热流峰值问题。内容深入到如何设计具有自适应几何形状的入口和喷管,以在不同飞行条件下维持最优的激波结构。此外,我们还探讨了吸气式发动机(Scramjet)中的超燃冲压现象,包括燃料喷射、混合与燃烧的流体动力学约束,强调了“化学反应流”与“非平衡流动”的耦合建模。 第四部分:多相流与推进系统的流体耦合 本部分将目光投向了复杂的推进系统,特别是涉及到液体和气体的混合流动。我们详细分析了火箭发动机中的喷注器设计,重点在于液体破碎过程(Atomization)的精细建模,包括剪切破碎、离心破碎等机制,以及如何通过欧拉-拉格朗日(Euler-Lagrange)或欧拉-欧拉(Euler-Euler)方法来预测燃料雾滴的蒸发速率和混合均匀性。针对涡轮机械,我们深入研究了叶片内部的二次流结构、喘振(Surge)的发生机理及其流体动力学抑制策略,并探讨了高负荷风扇叶片上的气穴现象(Cavitation)的预测与缓解。 第五部分:计算流体力学(CFD)的高级方法论与验证 本书的这一部分是偏向方法的论述,它假定读者已经熟悉基本的有限体积法。重点讲解了适应于非结构化网格和高度耦合问题的求解器技术,例如非定常求解器中的隐式时间推进方案的稳定性分析。我们投入大量篇幅讨论了网格自适应技术(Adaptive Mesh Refinement, AMR),用于在流动特征(如激波或涡核)出现时自动加密网格,极大地提高了计算效率和精度。此外,还详细阐述了“后处理与不确定性量化”(UQ)的方法,如何评估数值解与物理真实解之间的误差边界,这是现代工程设计中不可或缺的一环。 第六部分:实验流体力学的前沿技术与数据融合 本书强调理论与实验的相互印证。我们详细介绍了高空间和时间分辨率的实验技术,例如:高频响应的压力敏感型涂层(PSP)在复杂表面压力场的测量应用、基于粒子图像测速(PIV)的立体和四维(3D/4D)数据采集技术,以及如何利用激光诱导荧光(LIF)技术实时观测化学反应区和组分混合情况。最后,探讨了如何利用数据同化技术,将高维度的实验测量数据与复杂的CFD模拟结果进行融合,以校准和优化物理模型参数,实现“数字孪生”的精确构建。 读者对象: 本书面向从事航空器设计、推进系统研发、数值模拟和实验流体力学的高级专业人员和研究生。它要求读者具备扎实的微积分、微分方程和经典流体力学基础。通过阅读本书,读者将能够驾驭现代航空工程中最为复杂的气动难题,并能批判性地评估和应用最前沿的流体力学工具。

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* 我最近在阅读《空气动力学原理》(Understanding Aerodynamics)的过程中,对其在解释“压力中心”和“重心”概念上的处理方式印象深刻。作者通过一些生动的例子,比如一个简单的纸飞机,说明了这两个点之间的相对位置对飞行稳定性的重要性。他解释了当重心位于压力中心之前,飞机倾向于抬头;反之,则倾向于低头。这种对稳定性的初步介绍,让我对飞机如何保持平稳飞行有了一个朦胧的认识。书中还探讨了“气动弹性”这个有些晦涩的概念,作者试图用通俗易懂的语言来解释,空气动力学上的力如何影响飞机的结构变形,而这种变形又会反过来影响气流,形成一个复杂的反馈循环。虽然我不能完全理解其中的细节,但这种对跨学科联系的展示,让我觉得非常新颖。它让我意识到,飞行不仅仅是空气的流动,更是力学、材料学和控制学等多个领域相互作用的复杂系统。这本书就像一位耐心的老师,循序渐进地引导我进入一个全新的知识领域,让我不仅仅是记住一些概念,更能理解它们之间的关联和影响,从而对整个航空科学有一个更全面、更系统的认识,这是一种非常宝贵的学习体验。

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* 《空气动力学原理》(Understanding Aerodynamics)这本书,在我看来,是一次非常成功的科普尝试,它成功地将一个看似枯燥的科学领域变得生动有趣。我尤其对书中关于“螺旋桨”和“喷气发动机”的对比分析印象深刻。作者详细阐述了这两种不同推进方式的工作原理,以及它们各自的优缺点和适用场景。我了解到,螺旋桨在低速时效率较高,而喷气发动机则更适合高速飞行。这种对比让我对现代航空技术的发展脉络有了更清晰的认识,也让我明白了为什么在不同时期和不同类型的飞机上,会采用不同的推进系统。书中还涉及了一些关于“地面效应”的讨论,解释了飞机在接近地面飞行时,气流的变化如何影响升力和阻力。这让我联想到一些短距离起降飞机的设计,以及它们在起降过程中的一些特殊操作。总而言之,这本书不仅仅是关于飞行器本身,更是关于如何利用物理学的原理来解决实际工程问题,它让我看到了科学的实用性和无限的可能性,也让我对人类智慧的结晶有了更深的敬佩。

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* 《空气动力学原理》(Understanding Aerodynamics)这本书,在我看来,是一次非常成功的科普尝试。作者在讲解“攻角”对升力的影响时,花了相当多的篇幅去说明,即使是很小的攻角变化,也会对飞机产生显著的影响。他通过一些图表展示了在不同攻角下,翼面上方的气流速度变化,从而解释了为什么会产生不同的升力。我特别喜欢它在讨论“失速”时,并没有止步于描述现象,而是深入分析了气流分离的原因,以及如何通过一些措施来延迟失速,或者在失速后进行恢复。这让我对飞行员在极端情况下的高超技艺有了更深的理解,也让我意识到,飞行安全背后隐藏着无数的科学原理和工程智慧。书中还涉及了一些关于“马赫数”对空气动力学特性的影响,例如在接近音速时,空气的压缩性效应会变得非常显著,从而改变飞机的气动特性。虽然这部分内容对我来说理解起来有些吃力,但我能感受到作者在努力用最清晰的方式来阐释这些复杂的概念,这种努力让我觉得这本书非常有价值,它让我不仅仅是对飞行原理有了初步的了解,更能体会到科学家们在研究这些现象时所付出的艰辛和智慧,也让我对这个领域产生了更深的敬意。

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* 《空气动力学原理》(Understanding Aerodynamics)这本书,对于我来说,提供了一个非常独特的视角来理解周围的世界。我一直以来都对风的产生和流动感到好奇,而这本书则从空气动力学的角度,为我揭示了风的奥秘。我尤其喜欢书中关于“伯努利原理”的讲解,作者用非常直观的方式解释了流体速度与压力之间的关系,并以此来阐述升力的产生。虽然我之前在物理课上接触过这个原理,但这本书的解释更加生动和具体,让我能够更好地将其与实际的飞行现象联系起来。书中还提到了“冯·卡门涡街”,解释了当空气流过某些物体时,会在其后方形成周期性的涡旋,这在日常生活中也有很多体现,比如旗帜在风中摇摆,或者河水流过桥墩时产生的涟漪。这种将专业知识与生活现象相结合的讲解方式,让我觉得非常有趣,也让我开始更加留意生活中的各种空气动力学现象,仿佛整个世界都变成了一个巨大的空气动力学实验室,充满了等待我去发现的规律和奥秘,这种学习过程让我觉得既有智力上的挑战,又充满了乐趣。

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* 坦白说,我购买《空气动力学原理》(Understanding Aerodynamics)这本书时,内心是有些忐忑的。我一直以来都认为航空航天是一个高度专业化的领域,充斥着我无法理解的复杂术语和晦涩的公式。然而,当我真正翻开这本书的时候,我惊喜地发现,作者似乎有意地在试图拉近与普通读者之间的距离。书中对马赫数、超音速和亚音速等概念的解释,并非直接抛出定义,而是从一些我们熟悉的例子入手,比如音爆,然后再循序渐进地深入。我特别喜欢其中关于“阻力”的章节,它不仅仅是简单地介绍了几种阻力类型,还详细阐述了不同形状的物体在空气中受到的阻力差异,以及工程师们如何通过优化设计来减小阻力,从而提高效率。这让我联想到生活中许多类似的设计,比如流线型的汽车车身,或者某些体育器材的设计,它们都巧妙地运用了空气动力学的原理。这本书给了我一种“原来如此”的豁然开朗感,它让我明白,看似高深的科学,其实往往根植于我们身边,只是需要一双善于观察和思考的眼睛。虽然有些地方我还需要反复阅读才能完全消化,但总体而言,这本书成功地激发了我对空气动力学更广泛的兴趣,也让我开始主动去搜寻更多相关的资料,以弥补我知识上的不足,这本身就是一本好书的价值所在,它不仅仅是传递知识,更是点燃了探索的火花。

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* 我近期的阅读体验中,《空气动力学原理》(Understanding Aerodynamics)这本书给我留下了深刻的印象。它在解释“力”的概念时,不仅仅是简单地罗列了升力、阻力、推力和重力这四种基本力,而是深入探讨了这些力是如何相互作用,最终决定了飞机的飞行状态。我特别欣赏书中关于“推力”的讲解,作者不仅仅介绍了发动机的作用,还详细阐述了不同类型发动机(如螺旋桨和喷气发动机)的工作原理,以及它们如何产生推力。这让我对飞机得以克服空气阻力在空中翱翔的动力来源有了更清晰的认识。书中还探讨了“重力”的影响,并解释了飞机如何在克服重力的同时,通过产生足够的升力来维持飞行。这种对基本力的深入分析,让我对飞行的力学本质有了更系统的理解,也让我意识到,任何一个在空中运动的物体,都必须在这些力的作用下达到一种平衡。这本书不仅仅是关于飞行的技术细节,更是关于物理学的基本原理在实际应用中的体现,它让我看到了科学知识的逻辑性和普适性,也让我对人类利用科学改造世界的强大能力有了更深的认识和赞叹。

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* 《空气动力学原理》(Understanding Aerodynamics)这本书,给我的感受是相当扎实的。作者并没有试图用过于简化的语言去“媚俗”,而是保持了科学的严谨性,但同时又非常注重将复杂的概念与实际应用相结合。我特别喜欢它在介绍“翼型”设计时所做的工作,它详细阐述了不同翼型的几何形状如何影响气流的分布,进而产生不同的升力和阻力特性。书中列举了多种经典翼型,并解释了它们各自的适用场景,比如用于高速飞行的薄翼型,以及用于低速起降的厚翼型。这种对比让我对翼型的设计有了更直观的理解,也明白了为什么不同类型的飞机在设计上会有如此大的差异。书中还提到了一些关于“失速”的现象,并解释了其发生的物理机制,这让我意识到,即使是看似简单的飞行,也充满了需要克服的挑战。这本书让我意识到,看似简洁的机翼背后,蕴含着多少精密的计算和无数次的实验验证。我甚至开始关注一些飞机模型的设计,并试图去对照书中描述的翼型原理,感受其中蕴含的智慧,这种学习过程让我觉得既有挑战性,又充满了成就感,仿佛自己也在参与到航空知识的探索之中,这种沉浸式的学习体验是其他很多书籍所无法比拟的。

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* 我最近偶然翻阅了一本名为《空气动力学原理》(Understanding Aerodynamics)的书,虽然我本身对这个领域并没有深厚的专业背景,但我一直对飞机、风筝,乃至任何在空中运动的物体背后所蕴含的科学原理感到好奇。这本书恰好提供了一个相对易于理解的入口。我尤其被书中对“升力”的解释所吸引,作者用了一种我从未想过的类比来阐述空气流过机翼上下表面时速度和压力的变化,让我这个门外汉也能隐约窥见其中奥妙。书中穿插的一些历史案例,例如莱特兄弟早期的实验,也增添了阅读的趣味性,让我意识到任何伟大的发明都离不开反复的试错和对基本原理的深刻理解。虽然有些章节涉及到的数学公式让我望而却步,但我仍然尝试去理解其背后代表的物理意义,并相信如果我能投入更多的时间和精力,这本书一定能让我对飞行的世界有更深层次的认知。它不仅仅是一本枯燥的教科书,更像是一扇窗户,让我得以窥见一个由力、速度和形状交织而成的奇妙世界,激发了我对未来探索更多航空知识的渴望,也让我开始重新审视日常生活中的一些现象,例如风吹过树叶时的摆动,甚至是汽车在高速行驶时产生的下压力,似乎都与书中描绘的空气动力学原理有着千丝万缕的联系,这种跨领域的联想让我觉得非常有趣。

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* 我近期阅读的《空气动力学原理》(Understanding Aerodynamics)一书,为我打开了对飞行器设计的全新视野。书中在介绍“机身”设计时,不仅仅是关注其外形的美观,更深入地探讨了机身形状对空气阻力、升力以及飞机稳定性的影响。作者详细阐述了流线型设计的重要性,以及如何在满足结构强度要求的同时,最大限度地减小空气阻力。我特别喜欢书中关于“尾翼”功能的讲解,它解释了水平尾翼如何控制飞机的俯仰,以及垂直尾翼如何控制飞机的偏航,从而保证飞机的航向稳定性。这让我明白了为什么飞机通常都配备有大小不一的尾翼。书中还提到了一些关于“跨音速”和“超音速”飞行时面临的独特挑战,比如激波的产生和传播,以及它们对飞机气动性能的影响。虽然这部分内容对我来说比较抽象,但我能感受到作者在努力用最清晰的方式来阐释这些复杂的概念,这种努力让我觉得这本书非常有价值,它让我不仅仅是对飞行原理有了初步的了解,更能体会到科学家们在研究这些现象时所付出的艰辛和智慧,也让我对这个领域产生了更深的敬意。

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* 我最近购入的《空气动力学原理》(Understanding Aerodynamics)一书,可以说是近期我阅读体验中颇为出色的一本。它的叙事方式不像我之前读过的许多技术类书籍那样,上来就扔出一堆数据和理论,而是通过大量的图示和生动形象的描述,让我这个非专业人士也能大致理解空气的流动是如何产生力量的。我尤其欣赏书中对于“尾迹”现象的讲解,作者没有简单地把它归为“飞机后面的一条线”,而是深入剖析了气流分离、涡流形成等过程,解释了为什么飞机在飞行中会产生这样壮观的景象,以及这些尾迹对其他飞行器可能产生的影响。此外,书中还涉及了一些关于飞行控制的初步概念,比如副翼、升降舵和方向舵的作用,虽然只是点到为止,但足以让我对飞机如何在高空中灵活机动产生一种敬畏之情。我甚至尝试着在脑海中模拟飞机转弯时的气流变化,虽然这种模拟非常粗浅,但却让我感受到知识带来的乐趣。这本书让我觉得,航空工程并非遥不可及,它的基础原理是可以通过严谨的逻辑和清晰的表达被大众所理解的。我甚至开始幻想,如果有一天我能够亲手设计一架能够滑翔的飞行器,这本书会是我最重要的参考资料之一,它给我带来的不只是知识,更是一种创造的灵感和勇气,让我看到了科学的实用性和无限的可能性,也让我对人类智慧的结晶有了更深的敬佩。

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