第1章 空氣動力學在飛機設計中的作用 1

1.1飛機的空氣動力學設計 1

1.2主要大氣參數17

1.3飛機的氣動特性 22

第2章 飛機總體氣動布局設計 38

2.1 飛機的分類和用途 38

2.2 氣動布局的初步方案設計50

2.3氣動布局設計的主要工作55

2.4 發揮CFD在氣動設計中的作用 60

2.5飛機型號的繫列發展65

第3章 超臨界機翼設計74

3.1常規機翼的設計74

3.2超臨界機翼設計84

3.3機翼-弔掛/短艙一體化設計98

第4章 增升裝置設計109

4.1各種增升裝置的形式109

4.2增升裝置的設計原理120

4.3多段翼型設計124

4.4動力增升131

第5章 尾翼與操縱面設計139

5.1尾翼的設計139

5.2操縱面的設計156

第6章 機身與短艙設計173

6.1機身設計要求與流程173

6.2機身主體的設計175

6.3機身前體的設計179

6.4機身後體的設計183

6.5發動機的短艙設計189

6.6面積律設計199

第7章 飛機的改裝設計206

7.1改裝設計的特點與流程206

7.2改裝設計的基本條件208

7.3改裝的總體方案設計212

7.4一個典型實例214

第8章 氣動特性數據體繫235

8.1數據庫、數據集與數據體繫235

8.2工程估算數據238

8.3數值計算數據241

8.4風洞試驗數據243

8.5氣動數據的試驗驗證261

第9章 基於CFD的氣動設計268

9.1 CFD方法和工具269

9.2氣動力設計需求281

9.3基於CFD的飛機氣動力設計方法和流程283

9.4基於CFD氣動優化的應用289

9.5CFD在多學科優化中的應用297

9.6發展趨勢304

第10章 型號風洞試驗315

10.1相似原理和相似模型315

10.2型號的風洞試驗項目318

10.3設計部門的試驗工作332

10.4型號風洞試驗中的問題335

第11章 螺旋槳飛機的動力模擬試驗347

11.1動力模擬的基本方法347

11.2動力模擬的雙匹配要求349

11.3一種簡單的模擬思路353

11.4試驗模型與設備356

11.5動力模擬試驗358

11.6試驗數據的處理361

11.7結論368

第12章 型號飛行試驗370

12.1飛機概況的描述371

12.2試飛工作的特點372

12.3調整試飛373

12.4設計定型試飛377

12.5試飛網絡圖的編制383

12.6應該考慮的問題385

12.7後記——型號設計部門的試飛任務391

附錄 彩色插圖393

索引397

【序言】

幾年前，張老告訴我，他要寫一本關於飛機設計型號空氣動力學的書，我深受感動，並期待早日研讀一本切合飛機研制實踐的專業著作。張老是我敬重的老一輩飛機空氣動力學設計師，一生經歷過多種飛機型號研制，包括超聲速戰鬥機、螺旋槳飛機、民用運輸飛機，還有許多飛機的改型，其職業生涯穿越我國飛機事業從研仿、國際合作到自主研發的各個發展階段。他鐘愛所學，摯愛航空，干有所好，鑽有所得，點點滴滴積累了豐富的經驗，在行業中是敬業求精的設計師，在工作中是同事們的良師益友。特別令人欽佩的是，張老以八十高齡助陣我國大飛機工程研制，親臨指導，言傳身教，活躍在培養年輕工程師的講臺上，精神可嘉，激勵後生。 

飛機設計是一門科學，也是一種藝術。，飛機設計需要科學的理論和科學的態度，還需要搞藝術的一種悟性，一種清晰的設計思路，卓越的綜合能力。善於在多種矛盾的復雜情況中，做出分析、判斷、取舍和優選，得到飛機的綜合性能。這是張老的切身體會和實踐領悟。飛機設計相關專業充分協調，密切協同，不偏不倚，開宗明義，在折中尋優中探求權衡的物理機理，是每一個從事飛機設計的工程人員應當持有的態度與認識。 

飛機設計，氣動先行。。好飛機必然具備優秀的空氣動力學特性。飛機設計具有很強的繼承性、時代性和創新性。空氣動力學作為飛機飛行的基礎應用力學，在設計運用中，能有幸繼承和借鋻前人的研究成就、汲取以往的型號研制經驗和教訓，無疑是難能可貴的，同時也是飛機發展的捷徑所在。然而，一型飛機研發往往要經歷近十年甚至更長時間的磨煉和成熟，在此期間，人們對科學技術進步的鍥而不舍和持續努力，必然引致科學原理的發展、技術方法的進步和研發手段的提升，從而賦予了飛機研制強烈的時代技術特征。飛機設計不是千篇一律的。為了實現飛機確定的使命任務、達到預期的需求目標，創造性地運用好空氣動力學，使飛機具有更好的飛行品質，是飛機氣動設計師的首要追求。 

該書以飛機總體設計流程為主線，貫徹機翼、增升裝置、尾翼與操縱面、 機身與短艙等飛機主要氣動力部件設計，以及飛機的改裝設計。在描述氣動原理、布局特點和設計方法的同時，關注思路、關注過程、關注流程。從工程實踐的角度出發，闡述設計概念的形成、初步方案的確定、詳細設計的開展等不同工程研制階段中應該考慮的主要問題、關聯影響和處理措施。作者特別強調。氣動特性數據體繫。在型號研制過程中的建設，從工程估算、數值計算、風洞試驗到飛行試驗，持續健全和完善型號氣動特性數據，與時俱進地推進氣動特性數據的修正和驗證，在數字化快速發展的今天，尤其具有特別的重要意義。

或許是在過去工作中受到張老的教誨和影響，耳濡目染的原因，對於該書的描述方式和所涉及的具體設計問題，頗感貼近工作實際，自覺書中有許多內容正是設計實踐中的糾結和困惑。於是，自然而然地覺得該書在飛機關鍵氣動力設計方面展現了分析問題的著眼點、解決問題的著手處以及進一步下功夫的著力方向。相信讀者也會有所體會，有所感悟，有所收獲。

（唐長紅 中國工程院院士，中國航空工業集團公司副總工程師，上海交通大學航空航天學院院長）

【前言】

上海交通大學邀請我給航空航天學院的本科生和研究生講課，講空氣動力學在飛機設計中的作用，講我在飛機設計中遇到的實際氣動問題，講我的技術經歷和工作體會，講在一般教科書上沒有講過的東西。為此，首先需要準備一份講課材料（講義）。上海交大建議定名這份講義的名稱是“應用空氣動力學”，這個名字的含義太廣了。根據講義的具體內容應該是“飛機設計空氣動力學”，或者“飛行器型號設計的空氣動力學”，因為飛行器設計也可以借鋻，後還是確定“型號空氣動力學設計”比較貼切。 

空氣動力學在飛機設計中的兩大任務：設計飛機外形和提供氣動數據。完成任務使用兩種手段(計算和試驗。本書就是按照這個大思路編制的。首先介紹兩大任務：第1章氣動設計概況，第2、3、4、5、6章分別是氣動布局設計、超臨界機翼設計、增升裝置設計、尾翼與操縱面設計和機身與短艙設計。有許多特殊用途的飛機，往往是由已成熟使用的飛機改裝設計、生產而成。國內外，飛機大大小小的改裝設計是屢見不鮮的，第7章介紹“飛機的改裝設計”。提供氣動力原始數據需要完整思考，建立一整套方法，第8章介紹 “氣動特性數據體繫”。然後說明兩種手段：計算和試驗。第9章介紹基於計算流體動力學（computational fluid dynamic，CFD）的氣動設計。試驗包括風洞試驗和飛行試驗。風洞試驗包含常規風洞試驗和特種風洞試驗，第10章主要介紹常規風洞試驗。特種風洞試驗重要的是動力模擬試驗，動力模擬試驗中螺旋槳動力模擬試驗相比噴氣動力的模擬機理和模擬方法都要復雜，所以第11章介紹“螺旋槳飛機的動力模擬試驗”。第12章介紹型號飛行試驗。 

飛機設計是一種創造性的工作，需要設計師們開動腦子積極思考。任何一本書，任何經典的著作，例如2001年航空工業出版社已出版的《飛機設計手冊》22冊，都沒有包括所有的飛機設計工作，都不可能包括所有的飛機設計方法。本書也如此，介紹飛機氣動設計的主要方面，介紹設計思路、設計流程、設計方法和初步設計需要參考的一些統計數據。 

全書共12章，其中第1、2、3、7、8、10、11、12章都是作者在多個型號的飛機設計中積累的經驗總結，8、11、12這三章有一些獨特的認識和創新。第4、5、6章是參考本人主編的《飛機設計手冊：第6冊  氣動設計》進行補充、刪減、修改、整理而成，以保持飛機氣動設計的完整。第9章由上海交通大學的宋文濱編寫。第3章是上海飛機設計研究院的張淼與本人合作編寫。 

整整六年多的時間，終於完成了本書的編寫和出版，這一切必須感謝許多一直支持我的同事和朋友們。 

首先感謝上海交通大學航空航天學院宋文濱副教授。他建議我將上海交通大學和北京航空航天大學的講義稿出版成書，做了大量統編工作，並為本書的出版一直聯繫、協調和奔走，花費了許多寶貴時間和精力。 

感謝飛機設計研究院大型運輸機的總設計師唐長紅院士和CR929寬體客機的總設計師陳迎春研究員對本書的支持與審稿。 

感謝上海飛機設計研究院總體氣動研究部張鼕雲、劉鐵軍、馬塗亮、吳大衛、金晶、虞佳磊、張美紅和葉軍科等人，他們為本書提供了一些飛機的統計數據和圖片。 

後感謝我北京航空學院空氣動力學專業的同班同學王娟志，她一直是我書稿的讀者，她校對和檢查書稿，並提出許多重要的修改意見。