译者序

原著 Experimental Aerodynamics 自 CRC 出版社于 2017 年出版以来，已经成为国外相关高等学校航空航天专业高年级本科生与研究生气动实验的参考书。本书编者 Stefano Discetti 和 Andrea Ianiro 是西班牙王马德里卡洛斯三世大学生物与航空航天工程系实验空气动力学和推进领域的客座教授，拥有航空工程专业博士学位，在空气动力学与气体动力学非接触光学测量技术的研究与应用方面具有突出的专业特长与技术优势。

本书涵盖了空气动力学实验中物理量测量、热力学标量属性的测量、速度矢量测量、流体中物体受到流体动量作用的测量等方面，以空气动力学测量中基本物理量的测量为基点，以热力学标量和速度矢量的测量为主体，以运动流体对其中物体的作用为最终目标，较大篇幅介绍了近年来广泛应用的空气动力学实验测量技术。本书集中反映了目前世界空气动力学实验方向得到成熟应用的新技术、新原理和新成果的跨学科技术，其内容由浅入深且自成体系，不仅包括空气动力学实验及其测量方面的基础理论、基本原理、方法手段和经典实验设施的组成与功能，而且较为系统地反映了空气动力学实验方面的最新发展、最新成果与最新应用，既可作为高等院校航空航天专业、叶轮机械和风力发电等领域高年级本科生与研究生的参考书，也可为从事航空航天研究与设计、风洞实验、叶轮机械基础研究与设计验证等方面工作的科技人员提供较为全面、系统和深入的技术参考。

本书由中国科学院工程热物理研究所雒伟伟（第 9 章～第 11 章）、赵庆军（第 1 章、第 2 章）、赵巍（第 3 章、第 4 章）、卢奕宏（第 12 章、第 13 章）和西北工业大学曹志远（第 5 章～第 8 章）翻译，梁磊研究员对本书进行了详尽的技术审校。

本书获得中央军委装备发展部装备科技译著出版基金项目资助。在基金申请和内容翻译过程中得到了西安明德理工学院周强高级工程师的大力支持和指导，国防工业出版社编辑给予了热情帮助和鼓励，在此表示衷心感谢。

由于译者水平有限，书中难免有疏漏和不妥之处，敬请读者批评指正，以便修订完善。

译者

2025 年 2 月于北京

目录

第一篇 实验空气动力学基础

第 1 章 实验空气动力学的理论基础

1.1 实验空气动力学的理论与实验

1.2 量纲分析

1.3 Buckingham 定理

1.3.1 气动力的无量纲参数分析

1.4 作为连续介质的空气

1.4.1 连续介质假设

1.4.2 本动速度和压缩性效应

1.4.3 连续介质假设：湍流小尺度情况下是否有效

1.5 纳维 - 斯托克斯方程组

1.5.1 流场的拉格朗日描述和欧拉描述

1.5.2 质量守恒定律

1.5.3 牛顿第二定律

1.5.4 能量守恒定律 (热力学第一定律)

1.5.5 热力学第二定律

1.6 无量纲数

1.7 一些典型的流动形式

1.7.1 无黏不可压流动

1.7.2 无黏可压流动

1.7.3 高超声速再入流动

1.7.4 边界层

1.8 层流与湍流

1.8.1 层流区和湍流区

1.8.2 湍流边界层

1.9 气动力：升力和阻力

习题

参考文献

第 2 章 统计数据特征与数据处理基础

2.1 引言

2.2 流体流动物理量测量的统计特征

2.2.1 统计数据的特征描述

2.2.2 平稳性与遍历性

2.2.3 联合随机变量

2.2.4 高斯分布和中心极限定理

2.2.5 误差、精度、准确度和不确定度

2.2.6 不确定度评定方法

2.2.7 数据回归

2.2.8 实验数据的模 / 数转换

2.3 数据处理基础

2.3.1 低维度空间中湍流数据的分解

2.3.2 傅里叶分析

2.3.3 本征正交分解

2.3.4 动态模态分解

2.3.5 条件平均

习题

参考文献

第 3 章 风洞实验设施

3.1 测试参数

3.2 风洞分类

3.3 低速亚声速风洞

3.3.1 实验段

3.3.2 扩压段

3.3.3 风扇

3.3.4 收缩段

3.3.5 湍流减少装置

3.3.6 能量损耗评估

3.3.7 风洞边界修正

3.4 高速亚声速和跨声速风洞

3.4.1 跨声速风洞中的壁面效应

3.5 超声速风洞

3.5.1 超声速风洞中的理想流动

3.5.2 第二喉部截面的大小

3.5.3 超声速风洞中的实际流动

3.5.4 实验段安装模型后的风洞启动

3.5.5 需要干燥以避免冷凝

3.5.6 需要加热以避免液化

3.5.7 超声速风洞分类

3.6 高超声速风洞

3.6.1 激波管

3.6.2 激波管风洞

3.6.3 路德维格管风洞

3.6.4 热冲击风洞

3.6.5 等离子风洞

3.7 特殊风洞

3.7.1 高雷诺数风洞

3.7.2 消声风洞

3.7.3 水洞

3.7.4 气象风洞

3.7.5 汽车风洞

习题

参考文献

第 4 章 流量可视化的物理基础

4.1 示踪动力学

4.2 有界流动

4.3 外部流动

4.3.1 流线

4.3.2 环流气泡和分离的涡流结构

4.4 速度剖面

习题

参考文献

第二篇 标量参数的测量

第 5 章 压力测量

5.1 引言

5.1.1 压力的概念

5.1.2 压力的单位和标准

5.1.3 大气压、静压和总压

5.2 直接测量压力的设备

5.2.1 静重仪

5.2.2 压力计和气压计

5.2.3 麦克劳德真空计

5.3 间接压力测量装置

5.3.1 弹性传感器

5.3.2 波登管

5.3.3 隔膜

5.3.4 应变片

5.3.5 基于放射的技术：压敏涂料

5.4 动态压力测量

5.4.1 共振传感器和振动圆筒

5.4.2 电容式麦克风

5.4.3 电感式传感器和磁阻式传感器

5.5 测量过程中的某些要点

习题

参考文献

第 6 章 温度和热焓的测量

6.1 引言

6.1.1 温度和热焓的概念

6.1.2 本章结构

6.2 浸入式传感器的气体温度测量

6.2.1 速度效应和恢复因子

6.2.2 传导、辐射和对流传热

6.2.3 瞬态效应

6.2.4 努塞尔数

6.2.5 实际考虑因素

6.3 热电偶

6.3.1 操作原理

6.3.2 热电定律

6.3.3 热电偶的类型及其实际应用的考量

6.3.4 误差来源

6.3.5 应用

6.4 电阻测温法

6.4.1 电阻式温度检测器

6.4.2 热敏电阻

6.5 光学表面测温

6.5.1 热致变色液晶

6.5.2 温度敏感涂料

6.6 辐射测温

6.6.1 热辐射基础

6.6.2 辐射温度计

6.7 红外线的热成像

6.7.1 红外扫描辐射仪

6.7.2 红外扫描辐射计的性能

6.7.3 应用

6.8 热流传感器

6.8.1 嵌片型测热计

6.8.2 同轴热电偶

6.8.3 零点量热计

6.8.4 薄膜测量计

6.8.5 水冷量热计

6.8.6 戈登计

习题

参考文献

第 7 章 基于密度的方法

7.1 引言

7.2 非均匀介质中的光折射

7.3 状态方程

7.4 阴影图

7.4.1 一般原则

7.4.2 实验几何

7.4.3 光源和照明

7.4.4 处理和解释图像

7.5 纹影

7.5.1 一般原则

7.5.2 实验几何

7.5.3 光源

7.5.4 纹影刀

7.5.5 处理和解释图像

7.6 面向背景的纹影

7.6.1 一般原则

7.6.2 实验几何

7.6.3 背景

7.6.4 光源和照明

7.6.5 图像捕获方案

7.6.6 图像处理

7.6.7 实验示例

习题

参考文献

第 8 章 从干涉测量技术到彩色全息技术

8.1 引言

8.1.1 发光干涉

8.1.2 偏振

8.1.3 偏振光的反射

8.1.4 声光效应衍射

8.2 光干涉的产生

8.3 不同类型的干涉仪

8.3.1 分离光束干涉仪

8.3.2 差分干涉仪

8.3.3 干涉图分析

8.4 三波长差分干涉测量原理

8.4.1 使用三种波长光源的优点

8.4.2 三种波长的选择

8.4.3 油膜厚度测量中颜色的作用

8.5 在流体中的应用

8.5.1 二维非定常亚声速尾流中的应用

8.5.2 轴对称流体中的应用

8.5.3 气体混合物中的应用

8.6 彩色全息干涉原理

8.6.1 透射和反射全息图的原理

8.6.2 实时全息干涉测量的光学装置

8.6.3 明胶收缩的问题

8.6.4 应用

习题

参考文献

第三篇 速度的测量

第 9 章 热线风速仪

9.1 引言

9.1.1 背景

9.1.2 参考文献和内容

9.2 基本原理

9.2.1 传热特性

9.2.2 运行模式

9.3 探针的设计、加工和维修

9.3.1 可采购的探针与自行修理 / 制造的探针

9.3.2 热线的材料与几何结构限制

9.3.3 线材处理：蚀刻与电镀

9.3.4 插线连接：焊接与熔接

9.3.5 人工老化、老化和偏差

9.4 标定及其关联

9.4.1 预防措施和预设

9.4.2 单线探针

9.4.3 多线探针

9.4.4 温度标定

9.4.5 流速标定

9.5 测量

9.6 限制和修正

9.6.1 壁面 / 探针干扰和壁面位置确定

9.6.2 时间和空间分辨率

9.6.3 温度波动和偏移的修正

习题

参考文献

第 10 章 激光测速法

10.1 基于激光的测量方法综述

10.1.1 激光多普勒测速 / 风速技术

10.1.2 相位多普勒测速 / 风速技术

10.1.3 粒子成像测速技术

10.2 激光

10.2.1 工作原理

10.2.2 测速仪中常见的激光器类型

10.3 粒子成像测速的原理

10.3.1 成像系统的基础知识

10.3.2 图像互相关方法

10.3.3 离散互相关方法

10.3.4 亚像素估计

10.3.5 基本 PIV 算法的性能

10.3.6 迭代格式

10.3.7 基于傅里叶的互相关理论

10.3.8 先进的处理算法

10.3.9 粒子跟踪

10.3.10 立体 PIV