由于直升機(jī)飛行所需要的氣動力主要來源于旋翼，因此旋翼的空氣動力學(xué)問題就成為直升機(jī)技術(shù)領(lǐng)域中最基礎(chǔ)和重要的一環(huán)。旋翼空氣動力影響了直升機(jī)設(shè)計中關(guān)心的許多特性，如飛行性能、飛行載荷、振動、穩(wěn)定性、飛行品質(zhì)和噪聲等（Johnson《Rotorcraft Aerodynamics》）。因此，本書的主要篇幅是圍繞直升機(jī)旋翼空氣動力學(xué)特征與分析方法展開的，兼顧介紹直升機(jī)的全機(jī)氣動問題。本書介紹的分析方法及理論以以直升機(jī)旋翼氣為對象，但在實際使用這種也可以推廣應(yīng)用于螺旋槳、旋翼機(jī)等氣動部件的分析設(shè)計。特別是在新概念旋翼飛行器層出不窮的情況下，如何對一個全新的旋翼飛行器動特性進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)估就更加需要靈活運用直升機(jī)空氣動力學(xué)知識進(jìn)行分析，在這些分析過程中直升機(jī)空氣動力學(xué)理論也必然會產(chǎn)生新的理論成果。
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1996年-2005年 在南京航空航天大學(xué)攻讀學(xué)士和博士學(xué)位（碩博連讀）2005年至今在 南京航空航天大學(xué)直升機(jī)旋翼動力學(xué)國家級重點實驗室工作，歷任講師、副教授、教授（2008年破格，2009年評為博士生導(dǎo)師）
2020年7月至今，南京航空航天大學(xué)，航空學(xué)院，直升機(jī)旋翼動力學(xué)國防科技重點實驗室，科學(xué)技術(shù)研究院國防科研處，教授、博導(dǎo)/副院長/重點實驗室副主任/副處長（主持工作）直升機(jī)CFD、空氣動力學(xué)、旋翼氣動噪聲、流動主動控制、高性能旋翼氣動設(shè)計、飛行器隱身設(shè)計主持國防"973"計劃項目課題、國家自然科學(xué)基金、國防航空預(yù)研、總裝重點實驗室基金、航空創(chuàng)新基金、航空支撐等科研項目。獲得國防科技進(jìn)步二等獎和三等獎，獲江蘇省"青藍(lán)工程"、"333"高層次人才培養(yǎng)計劃等榮譽稱號。2006年獲"江蘇省優(yōu)秀博士學(xué)位論文"。所在團(tuán)隊為國防科技創(chuàng)新團(tuán)隊。擔(dān)任中國航空學(xué)會直升機(jī)專業(yè)分會主任委員、國家自然科學(xué)基金委通訊評委、教育部科技發(fā)展中心學(xué)位論文及職稱評審專家
目錄
叢書序
序
前言
符號表
第1章緒論 1
1.1 引言 1
1.2 直升機(jī)發(fā)展簡史 2
1.2.1 古代起源 2
1.2.2 18 世紀(jì)的模型探索——科學(xué)的探索手段 3
1.2.3 19 世紀(jì)的探索——動力與飛行原理 3
1.2.4 20 世紀(jì)初的探索——實用化飛行 4
1.2.5 推廣與發(fā)展 6
1.3 直升機(jī)的分類 6
1.3.1 根據(jù)用途分類 6
1.3.2 根據(jù)構(gòu)型分類 8
1.3.3 其他分類 9
1.4 直升機(jī)技術(shù)發(fā)展劃代 9
1.4.1 第一代直升機(jī) 10
1.4.2 第二代直升機(jī) 10
1.4.3 第三代直升機(jī) 11
1.4.4 第四代直升機(jī) 12
1.5 直升機(jī)技術(shù)發(fā)展趨勢 12
1.5.1 常規(guī)構(gòu)型直升機(jī)技術(shù)發(fā)展趨勢 12
1.5.2 新構(gòu)型與特殊用途旋翼飛行器技術(shù)發(fā)展趨勢 13
1.6 直升機(jī)空氣動力學(xué)研究內(nèi)容概述 17
1.7 習(xí)題 19
第2章直升機(jī)旋翼的工作原理.20
2.1 引言 20
2.2 直升機(jī)的構(gòu)型特征 22
2.3 旋翼功能簡介 28
2.4 旋翼的外形 30
2.4.1 半徑、直徑和面積.30
2.4.2 槳葉寬度和槳葉根梢比 30
2.4.3 槳葉翼型 31
2.4.4 槳葉剖面安裝角和槳葉扭度 32
2.5 旋翼工作環(huán)境 33
2.6 旋翼的運動 34
2.6.1 旋轉(zhuǎn)運動 35
2.6.2 揮舞運動 35
2.6.3 擺振運動 37
2.6.4 變距運動 37
2.7 旋翼操縱原理簡介 37
2.7.1 操縱拉力大小 37
2.7.2 操縱拉力方向 38
2.8 旋翼量綱一的參數(shù) 39
2.9 習(xí)題 40
第3章旋翼滑流理論 42
3.1 引言 42
3.2 基本介紹 42
3.2.1 分析基礎(chǔ) 42
3.2.2 垂直飛行 45
3.2.3 前飛 47
3.3 誘導(dǎo)速度 52
3.3.1 懸停和垂直飛行的誘導(dǎo)速度 52
3.3.2 前飛時誘導(dǎo)速度 55
3.4 垂直飛行時氣動力計算 57
3.4.1 拉力公式和功率公式.57
3.4.2 旋翼的效率 57
3.4.3 旋翼懸停時的效率 59
3.5 前飛時氣動力計算 61
3.5.1 拉力公式和功率公式 61
3.5.2 前飛升阻比 63
3.6 其他考慮因素 63
3.7 習(xí)題 64
第4章旋翼翼型空氣動力學(xué)基礎(chǔ) 65
4.1 引言 65
4.2 翼型基本參數(shù) 65
4.2.1 幾何弦長 65
4.2.2 翼型無量綱坐標(biāo) 66
4.2.3 厚度 66
4.2.4 彎度 66
4.3 翼型空氣動力及力矩 67
4.4 翼型靜態(tài)氣動特性 70
4.4.1 翼型升力特性 70
4.4.2 翼型力矩特性 71
4.4.3 翼型阻力特性與極曲線 71
4.4.4 雷諾數(shù)和馬赫數(shù)的影響 72
4.5 翼型動態(tài)氣動特性 74
4.6 旋翼專用翼型 76
4.7 習(xí)題 78
第5章槳葉運動與葉素理論 79
5.1 引言 79
5.2 槳葉剖面的工作環(huán)境 79
5.2.1 垂直飛行狀態(tài) 80
5.2.2 前飛狀態(tài) 81
5.3 旋翼的揮舞運動 85
5.3.1 揮舞運動起因 85
5.3.2 揮舞運動方程 90
5.4 旋翼操縱原理 93
5.5 旋翼的空氣動力特性 96
5.5.1 垂直飛行狀態(tài) 96
5.5.2 前飛狀態(tài) 100
5.5.3 揮舞運動系數(shù) 107
5.6 入流模型 110
5.6.1 垂直飛行狀態(tài) 110
5.6.2 前飛狀態(tài) 112
5.7 習(xí)題 115
第6章旋翼渦流理論 117
6.1 引言 117
6.2 經(jīng)典渦流理論117
6.2.1 畢奧–薩伐爾定律 118
6.2.2 軸流狀態(tài) 118
6.2.3 前飛狀態(tài) 121
6.3 尾跡分析方法概述 122
6.3.1 槳葉附著渦系模型 123
6.3.2 尾跡渦系模型 123
6.3.3 尾跡方法的環(huán)量求解 124
6.3.4 尾跡方法的控制方程 126
6.3.5 固定尾跡 127
6.4 半經(jīng)驗方法——預(yù)定尾跡模型 128
6.4.1 懸停預(yù)定尾跡模型 128
6.4.2 前飛預(yù)定尾跡模型 129
6.5 現(xiàn)代尾跡分析方法——自由尾跡模型 130
6.5.1 穩(wěn)態(tài)松弛求解方法 130
6.5.2 時間精確方法 132
6.6 尾跡分析方法中的渦核模型 133
6.7 氣動力求解 135
6.8 高分辨率渦方法 136
6.9 習(xí)題 137
第7章直升機(jī) CFD 方法導(dǎo)論 139
7.1 引言 139
7.2 直升機(jī)網(wǎng)格及其生成方法 140
7.2.1 網(wǎng)格生成方法 140
7.2.2 運動嵌套網(wǎng)格方法 142
7.3 計算流體力學(xué)的控制方程 144
7.3.1 前飛狀態(tài)旋翼非定常流場控制方程 144
7.3.2 垂直飛行狀態(tài)旋翼流場控制方程 145
7.4 流場控制方程的數(shù)值求解 146
7.4.1 空間離散 146
7.4.2 時間離散 148
7.4.3 湍流模型 149
7.4.4 邊界條件 150
7.5 直升機(jī) CFD 方法的應(yīng)用 152
7.5.1 旋翼翼型氣動特性模擬 152
7.5.2 旋翼流場及氣動特性模擬 153
7.6 習(xí)題 157
第8章直升機(jī)氣動噪聲基礎(chǔ) 158
8.1 引言 158
8.2 旋翼氣動噪聲計算理論.158
8.2.1 萊特希爾聲學(xué)類比理論 158
8.2.2 �？怂埂ね匪�-霍金斯方程 162
8.2.3 旋翼噪聲計算公式 164
8.2.4 基本聲學(xué)量 166
8.3 直升機(jī)氣動噪聲分類 167
8.3.1 直升機(jī)噪聲水平 167
8.3.2 外部噪聲構(gòu)成 168
8.3.3 旋翼噪聲分類 169
8.4 直升機(jī)氣動噪聲發(fā)聲原理 169
8.4.1 旋轉(zhuǎn)噪聲 169
8.4.2 寬頻噪聲 173
8.4.3 槳/渦干擾噪聲 175
8.4.4 高速脈沖噪聲 181
8.5 習(xí)題 185
第9章直升機(jī)飛行性能計算 186
9.1 引言 186
9.2 力平衡關(guān)系 186
9.2.1 垂直飛行過程中力的平衡關(guān)系 186
9.2.2 常規(guī)飛行過程中力的平衡關(guān)系 188
9.3 直升機(jī)發(fā)動機(jī)特性 193
9.3.1 活塞式發(fā)動機(jī)的特性 195
9.3.2 渦輪軸式發(fā)動機(jī)的特性 197
9.4 功率平衡關(guān)系198
9.4.1 垂直飛行過程中的功率平衡關(guān)系 198
9.4.2 前飛過程中的功率平衡關(guān)系 199
9.5 垂直上升性能 201
9.6 水平飛行速度限制 202
9.6.1 功率約束下的水平飛行速度 202
9.6.2 失速和激波對最大飛行速度的限制 204
9.7 爬升性能計算207
9.8 續(xù)航性能計算209
9.9 自轉(zhuǎn)性能計算211
9.10 電動直升機(jī) 212
9.11 習(xí)題.215
第10章直升機(jī)特殊飛行狀態(tài) 216
10.1 引言 216
10.2 地面效應(yīng) 216
10.3 沙盲 219
10.4 著艦 221
10.5 渦環(huán)狀態(tài) 222
10.6 自轉(zhuǎn)飛行 227
10.7 機(jī)動飛行 232
10.8 習(xí)題 235
第11章直升機(jī)氣動設(shè)計 236
11.1 引言 236
11.2 旋翼槳葉氣動外形設(shè)計準(zhǔn)則 236
11.2.1 旋翼翼型設(shè)計原理 237
11.2.2 槳葉三維外形設(shè)計原則 238
11.2.3 槳尖外形設(shè)計原則 238
11.2.4 旋翼槳葉氣動優(yōu)化設(shè)計通用方法 240
11.3 旋翼直徑的初步設(shè)計 241
11.4 茹氏旋翼及扭轉(zhuǎn)設(shè)計 243
11.5 旋翼槳葉氣動外形設(shè)計案例 244
11.5.1 旋翼翼型靜態(tài)設(shè)計 244
11.5.2 旋翼翼型動態(tài)設(shè)計 246
11.5.3 常規(guī)旋翼槳葉外形設(shè)計 248
11.5.4 尾槳/涵道尾槳外形設(shè)計 250
11.5.5 高速共軸剛性旋翼槳葉外形設(shè)計 252
11.6 主動控制技術(shù) 253
11.6.1 合成射流技術(shù) 253
11.6.2 后緣小翼技術(shù) 254
11.6.3 自適應(yīng)旋翼技術(shù) 255
11.6.4 單片槳葉控制 260
11.6.5 高階諧波控制 261
11.6.6 平面內(nèi)噪聲主動控制 261
11.7 習(xí)題 262
第12章直升機(jī)氣動與噪聲試驗 263
12.1 旋翼試驗的基本理論 263
12.1.1 相似理論 263
12.1.2 量綱分析 264
12.1.3 量綱分析法和相似準(zhǔn)則 265
12.1.4 相似準(zhǔn)則的物理意義 267
12.2 試驗?zāi)Ｐ鸵?270
12.2.1 試驗?zāi)Ｐ偷姆诸?270
12.2.2 試驗?zāi)Ｐ偷南嗨菩砸?271
12.3 風(fēng)洞和試驗設(shè)備 272
12.3.1 低速風(fēng)洞 273
12.3.2 常用風(fēng)洞 275
12.3.3 直升機(jī)旋翼試驗臺 275
12.3.4 測力天平 276
12.4 旋翼性能試驗 278
12.4.1 雷諾數(shù)修正 278
12.4.2 懸停試驗 279
12.4.3 前飛試驗 280
12.5 組合模型風(fēng)洞試驗 281
12.5.1 旋翼/機(jī)身組合模型風(fēng)洞試驗 281
12.5.2 旋翼/機(jī)身/尾槳組合模型風(fēng)洞試驗 282
12.6 旋翼氣動噪聲試驗 283
12.6.1 噪聲試驗的相似性原理 283
12.6.2 消聲室 283
12.6.3 聲學(xué)風(fēng)洞試驗 284
12.7 氣動試驗中的幾類常規(guī)試驗 285
12.7.1 測力/測壓試驗——旋翼槳葉氣動載荷測量 285
12.7.2 測速試驗——旋翼流場測量 286
12.7.3 旋翼姿態(tài)角及彈性變形測量試驗 288
12.8 習(xí)題 289
參考文獻(xiàn) 290
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