低速风洞试验（第3版）

本书全面系统论述了低速风洞设计、试验原理、试验技术、数据修正及应用等，主要内容包括引言、低速风洞类型、低速风洞设计、风洞校准、流动显示、测力试验、测压试验、部件试验、动态试验、数据相关性、洞壁修正及典型应用、风工程与工业空气动力学、舰船试验、特种风洞等。本书既可作为从事低速空气动力学研究的科技人员的参考用书，亦能为利用低速风洞试验解决流动问题和车辆研发的研究人员提供指导。

第1章绪论

1.1空气动力学

1.1.1空气动力学基本方程

1.1.2质量守恒

1.1.3牛顿第二定律，F=ma

1.1.4热力学第一定律：能量方程

1.1.5状态方程和其他考量

1.2空气和水的特性

1.2.1空气特性

1.2.2水特性

1.3流动相似性

1.4不可压缩流

1.4.1经典伯努利方程

1.4.2无黏和无旋流

1.5解的时间相关性

1.6气动声学

参考文献和注释

第2章风洞

2.1重要的相似参数

2.2研发项目

2.3风洞的类型

2.3.1直流风洞

2.3.2回流风洞

2.3.3开口还是闭口试验段

2.3.4试验段尺寸

2.4航空风洞

2.4.1高雷诺数风洞

2.4.2垂直/短距起降风洞

2.4.3自由飞风洞

2.4.4尾旋风洞或立式风洞

2.4.5稳定性风洞

2.4.6螺旋桨风洞

2.4.7推进试验风洞

2.4.8结冰风洞

2.4.9低湍流度风洞

2.4.10二维风洞

2.5烟风洞

2.6汽车风洞

2.6.1外流

2.6.2气候风洞

2.7声学风洞

2.8水洞

2.9通用风洞

2.9.1人的试验

2.9.2鸟类和昆虫的试验

2.9.3风力发电设备试验

2.9.4太阳能集热器试验

2.9.5雷达天线和卫星电视接收器试验

2.9.6船舶的帆和水上部分试验

2.9.7桥梁试验

2.10环境风洞

2.10.1建筑物静态载荷及相关试验

2.10.2建筑物动态载荷

2.10.3风工程中的非定常空气动力学

2.10.4农业/防风林

2.10.5农业/农学

2.10.6农业/土壤风蚀

2.10.7积雪

2.10.8蒸发及相关议题

2.10.9污染扩散

参考文献和注释

第3章风洞设计

3.1总体气动目标

3.2基本选择

3.2.1单位雷诺数

3.2.2试验段尺寸

3.2.3直流或回流风洞

3.2.4开口或闭口试验段

3.2.5总体布局：闭口回流

3.2.6总体布局：直流风洞

3.2.7总体布局：下吹直流式风洞

3.3功耗分析

3.3.1射流功率

3.3.2能量比

3.3.3风洞部件能量损失

3.3.4等截面部段的损失

3.3.5摩擦系数和表面摩擦系数

3.3.6动压比与雷诺数

3.4各部段的损失系数

3.4.1试验段（1段，图3.1）

3.4.2扩散段（2、4和9段，图3.1）

3.4.3拐角段（3、6、10和13段，图3.1）

3.4.4网（5和14段，图3.1）

3.4.5动力段

3.4.6大开角扩散段（13段，图3.1）

3.4.7蜂窝器和阻尼网（16段，图3.1）

3.4.8收缩段或喷管

3.5一些典型回路的能量比

3.6风扇整流段

3.6.1风扇整流设计

3.6.2设计过程

3.7回流（或第二）扩散段

3.8冷却

3.9换气装置：振动

3.10试验段的流场品质

3.11改善流场的方法

3.12动力系统

3.13风洞建造

3.14试验段插件

3.15安全

参考文献和注释

第4章压力、流场与剪切应力测量

4.1压力

4.1.1概念

4.1.2压力计

4.1.3压力传感器

4.1.4压电式传感器

4.1.5传声器

4.1.6压敏漆

4.1.7压力测量的演变

4.2温度

4.3流场测量仪器

4.3.1皮托管

4.3.2皮托静压管

4.3.3速度测量压力探针

4.3.4气动力响应仪器

4.3.5热线风速仪

4.3.6激光测速仪

4.3.7粒子图像测速仪

4.3.8耙

4.4边界层和表面切应力

4.4.1边界层探头

4.4.2普雷斯顿（Preston）管

4.4.3液晶法测量剪切

4.5流场和表面分析

4.5.1控制体积法：二维

4.5.2控制体积法：三维

4.5.3压力分布引起的升力和阻力

4.5.4定位系统

参考文献和注释

第5章流动可视化

5.1迹线、脉线、流线和时间线

5.1.1迹线

5.1.2脉线

5.1.3流线

5.1.4时间线

5.2直接可视化

5.3表面流动可视化

5.3.1丝线

5.3.2微型丝线

5.3.3油流

5.3.4高岭土混合液

5.3.5丝线、微型丝线、高岭土混合液和油流的影响

5.3.6一些处理细节

5.3.7边界层与表面切应力

5.3.8紫外荧光摄影

5.4现代流场可视化方法

5.4.1丝线棒和网格

5.4.2充氦肥皂泡

5.4.3烟

5.4.4阴影法

5.5数据驱动的可视化

5.5.1数据表示方法

5.5.2流动传感器和流动成像

5.5.3粒子图像测速技术

5.5.4全息和干涉

参考文献和注释

第6章试验段校准

6.1试验段流场校准

6.1.1速度标定

6.1.2纵向压力梯度

6.1.3长静压管

6.1.4试验段动压变化

6.1.5试验段气流角变化

6.1.6试验段湍流度测量

6.2风洞边界层

6.2.1分离点的定位

6.2.2非表面流场显示

6.3声学

6.4风洞数据系统

参考文献和注释

第7章天平测量的力和力矩

7.1力、力矩和参考坐标系

7.1.1风轴系

7.1.2体轴系

7.1.3力矩和参考系原点

7.1.4模型姿态

7.1.5力矩传递

7.2天平

7.2.1六分量天平的原理

7.2.2测力装置

7.3天平的要求和规范

7.4外式天平

7.4.1张线式天平

7.4.2台式、轭式和塔式天平

7.4.3变形

7.4.4天平连杆机构和铰链

7.4.5天平测量元件

7.4.6外式天平校准

7.5模型安装

7.5.1天平的气动调整

7.5.2支架阻力和干扰的测量

7.5.3全模飞机和潜艇的安装

7.5.4反射板和类似支撑

7.6内式天平

7.6.1内式天平的基本概念

7.6.2天平干扰源

7.6.3内式天平的校准

参考文献和注释

第8章风洞数据的应用：尺度效应

8.1边界层

8.2转捩带

8.2.1位置

8.2.2转捩带的高度

8.3阻力

8.4升力曲线

8.4.1前厚翼型

8.4.2低阻翼型

8.5尺度效应对襟翼特性的影响

8.6尺度效应对俯仰力矩曲线的影响

8.7尺度效应对纵向稳定性和操纵性的影响

8.8尺度效应对航向稳定性和操纵性的影响

8.9尺度效应对横向稳定性和操纵性的影响

8.10风洞试验数据和飞行试验数据的相关性

参考文献和注释

第9章风洞的边界修正：理论基础及二维流动情况

9.1概述

9.2风洞流场的描述

9.2.1闭口和开口试验段中的流动

9.2.2闭口和开口试验段流动模型

9.2.3理想情况示例

9.3数学模型

9.3.1镜像法

9.3.2面元法

9.3.3测量变量法

9.3.4壁压信息或“Hacket-Wilsden”法

9.3.5双变量法或“Ashill-Keating”方法

9.4相关研究进展

9.4.1最小或零修正风洞

9.4.2槽壁风洞

9.5横跨风洞的模型

9.5.1浮力

9.5.2固体阻塞

9.5.3尾流阻塞

9.5.4流线弯曲

9.5.5小结：二维流动修正

9.5.6二维洞壁修正的试验验证

参考文献和注释

第10章风洞的边界修正：三维流动

10.1水平浮力

10.2固体阻塞

10.3尾流阻塞

10.3.1Maskell方法

10.3.2近似阻塞修正

10.3.3测量变量方法

10.3.4Hackett Wilsden和Ashill Keating方法

10.4流线弯曲

10.5常规下洗修正

10.6升力分布干扰

10.6.1圆形试验段

10.6.2椭圆形试验段

10.7下洗修正

10.7.1圆形试验段

10.7.2矩形试验段

10.7.3圆弧形试验段

10.7.4椭圆形试验段

10.7.5闭口八角形试验段的下洗修正

10.8机翼后方气流的下洗修正

10.8.1非矩形风洞的下洗修正

10.8.2Heyson方法：垂直/短距起降飞机

10.8.3下洗修正：Joppa的涡格法

10.9闭口试验段数据处理小结

10.10开口试验段三维修正小结

参考文献和注释

第11章风洞的边界修正：其他应用

11.1反射板模型

11.1.1对称小模型

11.1.2小型非对称模型

11.1.3小垂尾模型

11.1.4大模型

11.2后掠翼：非均匀升力

11.3操纵面铰链力矩

11.4飞机的近地效应

11.5下洗修正：带动力模型

11.6洞壁干扰修正：螺旋桨

11.7洞壁干扰：垂直/短距起降试验

参考文献和注释

第12章空气动力学试验的其他考虑因素

12.1风洞试验

12.2测量的不确定度

12.2.1不确定度的类型

12.2.2随机（或精度）分量

12.2.3系统（或偏差）分量

12.2.4综合（或总的）不确定度

12.3试验设计

12.3.1试验设计的一些原则

12.3.2风洞试验指南

12.4模型设计和制造

12.4.1一般原则

12.4.2材料的选取

12.4.3模型制作

12.4.4尺寸公差和细节

12.4.5测压模型

12.4.6模型搬运和材料快速填充

12.5试验计划

12.6设施使用的安排

参考文献和注释

第13章飞机和飞机部件试验

13.1常规的试验流程

13.2部件试验

13.2.1三维机翼试验

13.2.2二维机翼试验

13.2.3小展弦比机翼

13.2.4操纵面试验——副翼翼段

13.2.5操纵面试验——方向舵

13.2.6操纵面试验——升降舵

13.2.7机身、短舱和旋成体试验

13.2.8螺旋桨试验

13.2.9应急风力发电系统

13.2.10发动机试验

13.2.11外挂物试验

13.2.12载荷：舱门、起落架和其他

13.3全机试验

13.3.1升力曲线，襟翼收起

13.3.2襟翼放下时的升力曲线

13.3.3阻力曲线，襟翼收起和放下

13.3.4俯仰力矩曲线

13.3.5升降舵或安定面的效率曲线

13.3.6副翼效率曲线

13.3.7方向舵效率和配平曲线

13.3.8横向稳定性与航向稳定性的比较

13.3.9尾翼安装角和平均下洗角

13.4螺旋桨飞机的动力影响

13.4.1动力的影响

13.4.2螺旋桨模型的校准

13.4.3带动力模型试验方法

13.5喷气式飞机动力影响试验

13.6垂直/短距起降飞机

13.6.1直升机

13.6.2倾转旋翼机

13.6.3推力矢量飞机

13.6.4其他

13.6.5试验问题

13.6.6垂直/短距起降飞机试验的测试设备

13.7再入着陆飞行器

参考文献和注释

第14章地面交通工具

14.1风洞试验研究对象

14.1.1气动力和力矩

14.1.2冷却气流：动力装置和制动器

14.1.3供暖、通风和空气调节

14.1.4风噪

14.1.5雨刮器、清洗器和相关表面流动

14.2量产车

14.2.1风洞在量产车设计中的作用

14.2.2敞篷车

14.3赛车

14.3.1风洞在赛车设计中的作用

14.3.2赛车的风洞试验方法

14.4卡车、摩托车和其他车辆

14.4.1卡车

14.4.2牵引挂车构型及车辆集群

14.4.3列车

14.4.4摩托车

14.5地面车辆试验系统

14.5.1风洞中的地面影响及处理方法

14.5.2地面模拟系统

14.5.3车轮转动

14.5.4试验研究的尺度选择

14.5.5道路试验与风洞试验的对比

14.5.6赛车的地面效应

14.5.7汽车气动声学

14.5.8其他问题

14.5.9先进试验技术

参考文献和注释

第15章海洋运载工具

15.1水面船舶：水上部分

15.1.1船舶风荷载

15.1.2烟气弥散

15.1.3休闲游艇的乘客舒适度

15.1.4船舶流场：对飞机的影响

15.2水面船舶：水下部分

15.2.1船体黏性阻力

15.2.2推进系统和功率需求

15.2.3稳定性和操纵面设计

15.2.4噪声源

15.3水下航行器

15.3.1力、力矩和操纵面效能

15.3.2推进系统和功率需求

15.3.3声源

15.4帆船

15.4.1帆船运动的基础空气动力学

15.4.2龙骨、舵叶或“附体”：设计问题

15.4.3附体的风洞试验布置

15.4.4帆和帆具：设计问题

15.4.5风帆试验的风洞试验布置

15.4.6迎风帆

15.4.7顺风帆

参考文献和注释

ⅩⅩ第16章风工程

16.1大气边界层风模拟

16.1.1几何尺度

16.1.2速度尺度和雷诺数

16.1.3地形影响

16.1.4附近建筑物和地貌的影响

16.2局部压力和立面荷载

16.3整体结构的风荷载

16.4结构的弹性运动

参考文献和注释

第17章小风洞

17.1雷诺数影响很小的试验

17.2教学用的小风洞

17.2.1试验1：风洞流场校测

17.2.2试验2：天平安装修正和展弦比影响研究

17.2.3试验3：尾翼安装角和下洗

17.2.4试验4：静稳定性和操纵性

17.2.5试验5：用动量理论确定翼型阻力

17.2.6试验6：压力分布测量

17.2.7试验7：动稳定性试验

17.2.8试验8：边界层测量试验

17.3低雷诺数试验

17.3.1类迟滞效应

17.3.2测量中的不确定度

参考文献和注释

第18章动态试验

18.1尾旋和尾旋改出

18.2动态气动弹性试验

18.2.1颤振试验

18.2.2颤振模型的设计和缩比

18.3外挂物投放或抛放试验

18.4减速伞评估

18.5空腔共振试验

参考文献和注释

附录1亚声速空气动力试验协会

附录2常量与单位转换