공기역학의 기초

옮긴이 머리말 iii

항공학 및 항공우주공학 McGraw-HILL 시리즈 v

지은이 소개 vii

제7판 머리말 ix



제1부 기본 원리

제1장 공기역학: 주요 입문적 사고 3

1.1 공기역학의 중요성: 역사적 예 5

1.2 공기역학: 그 분류와 실용적 목표 9

1.3 1장의 이정표 11

1.4 기본적인 공기역학적 변수들 11

1.4.1 단위 14

1.5 공기역학적 힘과 모멘트 15

1.6 압력 중심 24

1.7 차원해석: Buckingham 파이 정리 26

1.8 유동의 유사성 31

1.9 유체 정역학: 부력 40

1.10 유동의 유형 46

1.11 점성 유동: 경계층 개론 50
1.12 응용 공기역학: 공력 계수—그 크기와 변화 56

1.13 역사적 고찰: 압력 중심에 대한 착시 65

1.14 역사적 고찰: 공력 계수 68

1.15 요약 71

1.16 통 합 문제 도전: 익형에서 전진-축방향 공기력이 발생할 수 있는가? 만약 그렇다면 어떻게? 72

1.17 연습문제 74



제2장 공기역학: 기본 원리와 지배 방정식

2.1 개요와 이정표 80

2.2 벡터 관계식에 대한 복습 80

2.3 유체 운동 모델: 검사 체적과 유체 요소 90

2.4 연속 방정식 95

2.5 운동량 방정식 99

2.6 운 동량 방정식의 응용: 2차원 형상 물체에 작용하는 항력 103

2.7 에너지 방정식 110

2.8 중간 요약 113

2.9 실체적 도함수 114

2.10 실체적 도함수로 표시한 기본 방정식 119

2.11 유동의 경로선, 유선, 그리고 유맥선 120

2.12 각속도, 와도, 그리고 변형도 124

2.13 순환 131

2.14 유선 함수 13

2.15 속도 퍼텐셜 136

2.16 유선 함수와 속도 퍼텐셜 사이의 관계 139

2.17 방정식을 어떻게 풀 수 있는가? 140

2.18 요약 146

2.19 연습문제 149



제2부 비점성, 비압축성 유동

제3장 비점성, 비압축성 유동의 기초

3.1 개요와 이정표 156

3.2 Bernoulli 방정식 158

3.3 도관 내 비압축성 유동: 벤투리와 저속 풍동 161

3.4 피토관: 공기 속도의 측정 170

3.5 압력 계수 176

3.6 비압축성 유동을 위한 속도의 조건 179

3.7 비 회전성, 비압축성 유동에 대한 지배 방정식: LAPLACE 방정식 179

3.8 중간 요약 183

3.9 균일 유동: 첫 번째 기본 유동 183

3.10 용출 유동: 두 번째 기본 유동 185

3.11 균일 유동의 용출과 용입 조합 188

3.12 더블릿 유동: 세 번째 기본 유동 190

3.13 원형 실린더 주위의 비양력 유동 192

3.14 와류 유동: 네 번째 기본 유동 198

3.15 실린더 주위의 양력 유동 201

3.16 Kutta-Joukowski 정리와 양력의 발생 211

3.17 임 의 형상 물체 주위의 비양력 유동: 수치적 용출 패널 기법 212

3.18 응 용 공기역학: 원형 실린더 주위의 유동 — 실제의 경우 219

3.19 역 사적 고찰: Bernoulli와 Euler — 이론 유체역학의 기원 225

3.20 역사적 고찰: d’Alembert와 그의 역설 228

3.21 요약 229

3.22 통 합 문제 도전: 공기역학적 항력과 유동장 내에서의 전압력 손실 사이의 관계 231

3.23 통합 문제 도전: 아음속 풍동의 개념 설계 233

3.24 연습문제 237



제4장 익형 주위의 비압축성 유동

4.1 개요 241

4.2 익형의 명명법 242

4.3 익형의 특성 244

4.4 익 형 주위 저속 유동에 대한 이론적 해의 철학: 와류면 248

4.5 Kutta 조건 251

4.6 Kelvin 순환 정리 및 시작 와류 254

4.7 고전적인 얇은 익형 이론: 대칭형 익형 257

4.8 캠버가 있는 익형 264

4.9 공력 중심: 추가적인 고려 270

4.10 임 의 형상 물체 주위의 양력 유동: 와류 패널 수치해석법 274

4.11 현대의 저속 익형들 278

4.12 점성 유동: 익형의 항력 281

4.13 응 용 공기역학: 익형 주위의 유동 — 실제의 경우 293

4.14 역 사적 고찰: 초기 항공기 설계와 익형 두께의 역할 301

4.15 역 사적 고찰: Kutta, Joukowski, 그리고 양력의 순환 이론 304

4.16 요약 305

4.17 통 합 문제 도전: 아음속 풍동 안에서 수행된 측정값에 대한 벽면의 영향 307

4.18 연습문제 310



제5장 유한날개에서의 비압축성 유동

5.1 개요: 내리씻음과 유도 항력 314

5.2 와류 필라멘트, Biot-Savart 법칙, 그리고 Helmholtz 정리 320

5.3 Prandtl의 고전적 양력선 이론 322

5.4 비선형 양력선 기법의 수치해석 343

5.5 양력면 이론과 와류 격자 수치기법 346

5.6 응용 공기역학: 삼각익 351

5.7 역 사적 고찰: Lanchester와 Prandtl— 유한날개 이론의 초기 개발 358

5.8 역사적 고찰: Prandtl—그 인물 362

5.9 요약 364

5.10 연습문제 365



제6장 3차원 비압축성 유동

6.1 개요 367

6.2 3차원 용출 368

6.3 3차원 더블릿 369

6.4 구 주위의 유동 371

6.5 일반적인 3차원 유동: 패널 기법 373

6.6 응용 공기역학: 구 주위의 유동—실제의 경우 374

6.7 응용 공기역학: 비행기의 양력과 항력 376

6.8 요약 384

6.9 연습문제 385



제3부 비점성, 압축성 유동

제7장 압축성 유동: 준비단계적 관점

7.1 개요 390

7.2 간략한 열역학 복습 391

7.3 압축성의 정의 400

7.4 비점성, 압축성 유동의 지배 방정식 401

7.5 정체 조건의 정의 403

7.6 초음속 유동의 관점: 충격파 407

7.7 요약 409

7.8 연습문제 412



제8장 수직 충격파와 관련된 주제

8.1 개요 416

8.2 기본적인 수직 충격파 방정식 417

8.3 음속 420

8.4 에너지 방정식의 특별한 형태들 427

8.5 유동이 언제 압축성 성질을 가질까? 432

8.6 수직 충격파 상태량들의 계산 434

8.7 압축성 유동의 속도 측정 447

8.8 요약 450

8.9 연습문제 453



제9장 경사 충격파와 팽창파

9.1 개요 456

9.2 경사 충격파 관계식 460

9.3 쐐기와 원추를 지나는 초음속 유동 470

9.4 충격파의 상호작용과 반사 473

9.5 무딘 물체 앞에서의 이탈 충격파 476

9.6 Prandtl-Meyer 팽창파 479

9.7 충격-팽창 이론: 초음속 익형에 적용 488

9.8 양력 계수과 항력 계수에 관한 언급 490

9.9 X-15 항공기와 그 쐐기형 꼬리날개 491

9.10 점성 유동: 충격파/경계층 상호작용 494

9.11 역사적 고찰: ERNST MACH ― 약력 495

9.12 요약 497

9.13 통 합 문제 도전: 초음속 조파 항력과 엔트로피 증가의 관계 ― 관계가 있을까? 498

9.14 통합 문제 도전: 충격파 폭음 500

9.15 연습문제 502



제10장 노즐, 디퓨저, 풍동에서의 압축성 유동

10.1 개요 510

10.2 준1차원 유동의 지배 방정식 512

10.3 노즐 유동 517

10.4 디퓨저 528

10.5 초음속 풍동 529

10.6 점 성 유동: 노즐 내부의 충격파/경계층 상호작용 533

10.7 요약 535

10.8 통합 문제 도전: 초음속 풍동의 개념 설계 536

10.9 연습문제 542



제11장 익형 주위의 아음속 압축성 유동: 선형 이론

11.1 개요 546

11.2 속도 퍼텐셜 방정식 547

11.3 선형화된 속도 퍼텐셜 방정식 549

11.4 Prandtl-Glauert 압축성 보정 553

11.5 개선된 압축성 보정 557

11.6 임계 마하수 558

11.7 항력발산 마하수: 소리장벽 564

11.8 면적 법칙 569

11.9 초임계 익형 571

11.10 CFD 적용: 천음속 익형과 날개 572

11.11 응용 공기역학: 날개-동체 혼합형 575

11.12 역사적 고찰: 고속 익형-초기 연구와 개발 580

11.13 역사적 고찰: 후퇴익 개념의 기원 582

11.14 역 사적 고찰: Richard T. Whitcomb — 면적 법칙과 초임계 날개의 개발자 587

11.15 요약 589

11.16 통 합 문제 도전: 날개-유동 방법에 의한 천음속 시험 590

11.17 연습문제 593



제12장 선형화된 초음속 유동

12.1 개요 598

12.2 선형화된 초음속 압력 계수식의 유도 598

12.3 초음속 익형에의 적용 600

12.4 점성 유동: 초음속 익형의 항력 606

12.5 요약 608

12.6 연습문제 608



제13장 비선형 초음속 유동에 대한 수치기법 입문

13.1 개요: 전산유체역학 이론 612

13.2 특성 곡선법의 원리 613

13.3 초음속 노즐 설계 619

13.4 유한차분법의 원리 621

13.5 시간 종속 기법: 초음속 무딘 물체에 대한 적용 626

13.6 원추 주위의 유동 630

13.7 요약 639

13.8 연습문제 640



제14장 극초음속 유동의 기초

14.1 개요 642

14.2 극초음속 유동의 정성적 관점 643

14.3 Newton 이론 645

14.4 극 초음속에서 날개의 양력과 항력: 받음각을 가진 평판에 대한 Newton의 결과 648

14.5 Newton 이론에서 극초음속 충격파 관계와 다른 시각 656

14.6 마하수 독립성 659

14.7 극초음속과 전산유체역학 660

14.8 극초음속 점성 유동: 공력 가열 662

14.9 응 용 극초음속 공기역학: 극초음속 웨이브라 이더 668

14.10 요약 677

14.11 연습문제 678



제4부 점성 유동

제15장 점성 유동의 기본 원리와 방정식에 대한 개론

15.1 개요 682

15.2 점성 유동의 정성적 특징 683

15.3 점성과 열전도 688

15.4 Navier-Stokes 방정식 692

15.5 점성 유동 에너지 방정식 695

15.6 상사변수 698

15.7 점성 유동의 해: 예비적 토론 700

15.8 요약 703

15.9 연습문제 704



제16장 특정 경우: Couette 유동

16.1 개요 706

16.2 Couette 유동: 일반론 706

16.3 일정한 성질을 갖는 비압축성 Couette 유동 709

16.4 압축성 Couette 유동 722

16.5 요약 733



제17장 경계층 개론

17.1 개요 736

17.2 경계층의 성질 737

17.3 경계층 방정식 742

17.4 경계층 방정식을 어떻게 풀 수 있는가? 745

17.5 요약 745



제18장 층류 경계층

18.1 개요 748

18.2 평판 위의 비압축성 유동: Blasius 해 748

18.3 평판 위 압축성 유동 753

18.4 기준 온도법 762

18.5 정체점 공력 가열 766

18.6 임 의 형상을 한 물체 주변의 경계층: 유한차분 해 770

18.7 요약 774

18.8 연습문제 775



제19장 난류 경계층

19.1 개요 778

19.2 평판 위 난류 경계층에 대한 계산결과 778

19.3 난류 모델링 782

19.4 최종 논평 784

19.5 요약 785

19.6 연습문제 785



제20장 Navier-Stokes 방정식의 해: 예제

20.1 개요 788

20.2 접근 방법 788

20.3 몇몇 예제의 수치해 788

20.4 표면마찰 항력 예측의 정확도와 연관된 쟁점 796

20.5 요약 798



부록 A 등엔트로피 유동 성질 799

부록 B 수직 충격파 성질 805

부록 C Prandtl-Meyer 함수와 마하각 809

부록 D 표준 대기표, SI 단위계 811

부록 E 표준 대기표, 영국 공학 단위계 821  



참고문헌 829  

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