高超声速流动是气体动力学的一个分支。关于高超流动的专著在早期已经出版过。《高超声速真实气体流动》在前期研究的基础上，增加了有关气体物理和方法论等方面的内容，更加关注高超流动问题的数学本质，体现了20 世纪下半叶发展起来的高超声速气体动力学的概念和最新研究成果。
本书是一本现代气体动力学手册，着重介绍超声速流动，特别是高超声速流动，涵盖了一系列由飞行器高速飞行时引起的气体动力学基本问题。本书包括无黏和黏性气体动力学两大主题，其中对无黏气体动力学的介绍几乎贯穿整本专著，而对黏性流动理论的概述仅集中在高超声速流动。
从方法论的角度来看，渐近分析是研究高超声速流动的典型方法。在某些极限流型(如高流速、极限薄、强激波等)的研究中，渐近分析能够充分反映运动体在实际流动条件下的流动特性。这些渐近特性通常决定了超声速和高超声速气体动力学的边界。
高超声速飞行中会出现高温，并激发离解、电离和辐射等多种物理和化学反应过程，这正是本书重点关注的现象-真实气体效应。在大多数情况下，这些效应可以认为是叠加在一般流动的基本特性之上，这使得继续使用一般气体的常用研究方法(特别是定性分析方法) 成为可能。本书并不是气体物理手册，而是仅从现象学的角度描述高温混合气体的物理性质，并围绕着气体动力学方程的基本体系、构建特定的附加方程，建立真实气体流动的一般理论。
随着计算方法和计算机硬件的发展，许多以前不能解决的气动问题的求解变得相当简单。然而作者认为，在理解气体动力学和其他物理问题的本质方面，渐进分析方法相比数值方法更加具有优势。基于此，本书试图避免烦琐的近似方法，通过介绍一些简单解析的流动，使用相似律和渐近分析方法，让读者对典型流动的基本特征以及真实气体效应对这些流动的影响有一个概念。
本书致力于研究空气或其他介质大气层中高速飞行时所带来的真实气体流动物理效应和气体动力学特性，特别是在地球和其他行星大气中的再入过程。本书主要面向航空航天工程专业的博士和硕士研究生，也适用于航空航天相关专业的研究人员。
前言
1.1 气动模型概述 1
1.2 一维流动的气体动力学方程和假设 7
1.2.1 动量守恒定律 8
1.2.2 能量守恒定律 9
1.3 状态方程 11
1.4 若干分子动力学理论知识 18
1.5 熵和热力学第二定律 24
1.6 声速 27
1.7 流体和气体运动的积分方程：一个简单的例子 32
1.7.1 质量守恒定律 33
1.7.2 动量守恒定律 33
1.7.3 能量方程 33
1.8 流体介质运动学的若干问题：向量微分算子 39
1.8.1 粒子轨迹和流线 39
1.8.2 旋度和变形率 40
1.8.3 矢量散度 44
1.8.4 向量对的散度 46
1.9 气体动力学微分方程 46
1.9.1 质量守恒或连续方程 46
1.9.2 动量方程：黏性应力场 47
1.9.3 能量方程 48
1.10 牛顿流体和气体的流变模型 50
1.11 初始条件和边界条件55
1.11.1 边界条件 56
1.11.2 气体动力学问题解的存在性和唯一性 57
1.12 气体动力学的相似性和建模 58
1.12.1 第一种方法：无黏理想气体 58
1.12.2 第二种方法：相似理论 59
1.12.3 真实气体 62
1.12.4 非定常流 62
1.12.5 重液体中的物体运动 63
1.12.6 自相似性问题 64
1.13 曲线坐标系：欧拉方程 64
1.13.1 其他算子 65
1.13.2 圆柱坐标系 66
1.13.3 球坐标系 67
1.13.4 平面和轴对称流动的贴体坐标系 68
1.13.5 一般坐标系 70
1.14 曲线坐标中的Navier-Stokes方程 72
1.15 湍流流动 75
1.16 黏性和非黏性流动模型 78
第2章 无黏气体动力学：一般问题和简单解 81
2.1 流函数、势和涡 81
2.1.1 旋度和速度环量 82
2.1.2 速度势 84
2.2 气体动力学方程积分 85
2.2.1 定常绝热流动 86
2.2.2 正压气体的绝热势流 87
2.3 一维稳态流动 90
2.3.1 一般方程和马赫数的作用 90
2.3.2 拉伐尔喷管：等熵流动 92
2.3.3 热喷流 95
2.3.4 变流量喷管 95
2.4 气体动力学线性方程 96
2.5 声波传播 99
2.6 非线性效应：膨胀扇和激波 102
2.7 定常细长体绕流：相似律 104
2.7.1 相似律 106
2.7.2 非定常比拟 109
2.8 超声速流动中的细长体 110
2.8.1 平面流动 110
2.8.2 轴对称问题 112
2.9 细长体亚声速绕流 116
2.10 圆柱、球和其他不可压缩绕流体 123
2.11 驻点和奇异线 128
2.11.1 平面有旋和无旋流 128
2.11.2 轴对称流动 129
2.11.3 两对称平面 130
2.11.4 正压梯度驻点 131
2.11.5 不可压缩楔形绕流 132
2.11.6 奇异面和奇异线 133
2.12 亚声速流动作用力 134
2.13 空气动力学特性 139
2.14 物体加速运动 142
第3章 激波 145
3.1 引言：问题的公式表达 145
3.2 黏性气体中的激波结构 147
3.3 完全气体中的正激波149
3.4 标准气体中激波 155
3.5 斜激波 162
3.6 穿过激波的损失 170
3.7 活塞和楔形体问题 173
3.7.1 线性近似和二次近似 174
3.7.2 薄激波层的高超声速近似：牛顿公式 176
第4章 特征线理论 180
4.1 问题的数学模型 180
4.2 一维非定常流动 184
4.3 二维定常流动 190
4.4 三维流动 196
4.5 简单波 199
4.6 膨胀波和压缩波特性 203
4.6.1 膨胀波 203
4.6.2 压缩波 206
4.7 在非均匀介质中扰动的传播 208
4.7.1 连续介质中的波 208
4.7.2 旋涡流动中的短波 209
4.7.3 激波/接触间断的相互作用 211
4.7.4 来自声速线的扰动反射 214
4.7.5 在回流点后的流动 214
4.8 声波和激波的相互作用 215
4.9 任意间断的破碎 219
4.9.1 不规则激波相互作用 225
4.10 薄层中的扰动 227
4.11 激波阵面方程 231
4.12 异常介质中的波 236
第5章 混合（亚声速–超声速）流 240
5.1 混合流的形成 240
5.2 跨声速冯·卡门方程和恰普雷金方程 242
5.3 气体动力学问题的控制方程 247
5.3.1 超声速流动 248
5.3.2 亚声速流动 250
5.3.3 跨声速流动 251
5.4 钝体的超声速绕流 251
5.5 喷管和射流 256
5.5.1 超声速射流 258
5.5.2 亚声速射流 260
5.5.3 射流与障碍物的相互作用 260
5.6 亚声速凸角绕流 261
5.7 扰动与亚声速区域的相互作用 264
5.8 定常解的存在性 268
第6章 自相似解和解群 270
6.1 基本概念 270
6.2 不可压缩流中的锥体 271
6.3 一些跨声速问题 274
6.4 超声速流动中的锥体 277
6.5 锥形流动 282
6.6 攻角下的锥体 285
6.7 超声速流中的薄三角翼 291
6.8 强爆炸波 296
6.9 真实气体中的爆炸 303
6.10 自相似时变耗散流 305
第7章 强激波流动 316
7.1 高超声速稳定性和可压缩激波层 316
7.2 布斯曼公式和牛顿公式 322
7.3 钝体：相似律 330
7.4 气动特性 332
7.5 有限解：自由层 340
7.6 活塞问题 345
7.7 驻点附近的级数截断法 348
7.8 钝体对称轴附近的等密度流 352
7.9 沿对称轴的变密度流 358
7.10 三维薄激波层 362
7.11 锥体对称平面附近的流动 367
7.12 在高超声速流动中的射流 372
7.13 退化激波层方程 375
第8章 尖薄体高超声速绕流 381
8.1 非线性理论的特征 381
8.2 基本方程：时变类比 383
8.3 积分守恒定律的类比 387
8.4 相似律 389
8.5 薄翼绕流 392
8.6 大攻角下的薄体绕流 395
8.7 非定常流动：曲面体法则 398
第9章 钝薄体绕流 406
9.1 钝薄体绕流的一般模式 406
9.2 相似律和爆炸类比 409
9.3 高熵层在真实气体效应中的作用 415
9.4 钝锥绕流 417
9.5 有攻角的旋转体 426
9.6 钝前缘翼 435
9.7 钝头机翼 439
9.8 钝体三维涡层的一些性质 442
9.9 流经偏航圆柱体的非均匀高超声速流动 446
第10章 松弛气体的物理化学模型450
10.1 问题的描述 450
10.2 松弛介质模型的基本假设 450
10.3 气体混合物的状态方程 454
10.4 松弛方程与极限流态 459
10.5 气体成分和基本反应 464
10.6 熵和平衡条件 467
10.7 内部自由度的平衡：玻尔兹曼分布 474
10.8 化学反应平衡与气体组成 479
10.9 化学反应速率 483
10.10 复杂系统的弛豫过程 485
10.11 松弛反应的相互作用 489
10.12 电子温度的弛豫过程 493
10.13 结论 495
第11章 非平衡气体流动 497
11.1 非平衡气体流动方程 497
11.2 极限流区 499
11.2.1 冻结流 500
11.2.2 平衡流 500
11.2.3 极限流动的等熵性 502
11.2.4 准稳态解 503
11.3 极限声速及其等级 504
11.4 非平衡气体中扰动的传播速度 509
11.5 激波和松弛区 511
11.5.1 高超声速激波 513
11.5.2 非平衡激波 517
11.6 非平衡态气体中的短波和弱激波 517
11.7 近平衡流动和黏性松弛比拟 522
11.8 松弛介质中稳态波的一般理论 531
11.9 二元相似律 540
11.10 流过物体的非平衡流 542
11.10.1 通过带有附加激波的尖锐物体的流动 543
11.10.2 超高声速流动中的薄激波层 543
11.10.3 钝头体驻点 545
11.10.4 球体和细长球型钝锥（θ=10°） 548
11.10.5 非平衡高超声速中的物体 554
11.11 喷流和射流：硬化效应 555
11.12 热稀疏波 558
11.13 升华波 564
第12章 黏性流动和边界层 569
12.1 黏性耗散气体流动的边界条件和运动方程 569
12.2 Navier-Stokes方程的精确解 573
12.2.1 一般形式Uδ=cxm 580
12.3 抛物化的不可压Navier-Stokes方程 580
12.4 不可压流动的平板边界层 584
12.5 可压缩Navier-Stoke方程和边界层方程的抛物化 589
12.6 可压缩气体边界层 595
12.6.1 平板边界层（超声速尖楔或尖锥边界层流动） 598
12.6.2 钝头体驻点边界层 603
12.7 湍流模型和湍流特性 604
12.8 积分关系和近似方法：钝头体边界层 609
12.9 黏性–无黏相互作用：基本效应 619
12.9.1 位移效应 619
12.9.2 横向曲率效应 620
12.9.3 尾部效应 621
12.9.4 外流的非均匀性效应 621
12.9.5 非薄（或扩散）激波效应 622
12.10 非均匀流动中的边界层 624
12.11 非均匀流动中边界层的质量平均参数化方法 628
12.12 细尖体高超声速边界层 632
12.13 钝体和薄钝头体的熵效应 645
12.14 黏性连续介质和激波层流动 662
12.15 三维边界层问题 677
12.15.1 耗散流动中的热传导 681
第13章 多组分气体黏性流动 686
13.1 非平衡耗散流的物理化学模型 686
13.2 非平衡边界层和黏性激波层特性 696
13.2.1 冻结边界层 697
13.2.2 平衡边界层 697
13.3 各个组分的运输系数 706
13.3.1 热导率 706
13.3.2 黏度 707
13.3.3 扩散性 708
第14章 辐射气体动力学基本原理 711
14.1 气体辐射的物理本质 711
14.2 辐射与吸收喷流中的辐射场 714
14.3 强辐射气体的流动 720
14.4 非平衡辐射气体的流动 725
参考文献 729
索引 737
（本期编辑：王芳）
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