非定常气动力理论

从经典的飞行器瞬态流到振荡流,再到千奇百怪的生物推进与飞行模式和无人飞行器、微型飞行器,非定常气动力问题涵盖十分广泛的流动范畴,涉及复杂的非定常分离流,如自由剪切层和集中涡等局部流动结构的演化与相互作用。为了根据计算或实验得到的复杂非定常流场做出理性诊断,查明每个局部结构对合力的贡献,极有必要发展在流体中任意运动与变形的物体所受的气动力(包括水动力)的一般基础理论。本文首先提出两个原则:一是局部结构对合力的贡献要满足伽利略不变性要求;二是物体的自主运动需要给出物体的质量分布与惯性矩,同时考虑合力与力矩。然后介绍几类主要的理论及其应用案例。最简洁而广泛的理论是不涉及动量方程的冲量理论,包括经典的全域理论、经典与现代的无黏理论、最小域冲量理论及其可压缩推广。第二类理论是动理学的因果型理论,包括扩散型和边界型合力公式。第三类理论是加权型理论,包括几种投影理论和虚功理论,重点是能自动满足局部伽利略不变性的加权压力源理论。随着非定常气动力诊断需求的继续发展,可以期待未来还会出现新的理论。