高超声速飞行器技术

章节摘录

版权页：   插图：   推进技术领域所涵盖的技术有：①超燃冲压发动机技术；②组合推进系统技术；③推进系统控制技术；④高超推进发动机热结构与冷却技术；⑤吸热型碳氢燃料技术。 上述各项技术，还可进一步细化，如超燃冲压发动机技术可进一步分解为进气道技术、燃烧室技术、尾喷管技术、流动通道一体化设计技术、双模态转换技术、双燃烧室技术等。组合推进系统技术包括RBCC推进技术与TBCC推进技术等。基于磁流体动力的MHD能量旁路技术可归为推进系统控制技术。 2.总体技术 飞行器的总体技术在飞行器的设计研制与改型中，起着统领全局的作用。从设计概念的提出、初步设计与详细设计的进行，到工程型号的开展，总体技术无不参与其中，起着指导和统帅的作用。 飞行器的总体技术，既包括其总体设计的方法研究、设计的优化研究，也包括作为其基础和支撑的相关技术门类，主要有气动、结构等。针对不同的飞行器用途，又有一些一般相关技术被提升到总体技术的要求中。例如，对于军用作战飞机，强调隐身设计等。对于高超声速飞行器，气动热、防热结构的设计，以及热防护系统、热管理技术等都被提升到一个必须在概念设计与初步设计阶段就要加以考虑的程度。 另外，高超声速飞行器所要求的一体化设计思想也是有别于传统飞行器设计的一次革命性的创新与发展。同时，一体化设计的要求又使得多学科设计优化成为高超声速飞行器总体设计必不可少的设计思路与方法。 高超声速飞行器总体技术领域所涵盖的技术有：①外形设计与气动力数值模拟技术；②一体化设计技术；③多学科设计优化技术；④气动热数值模拟技术；⑤结构设计热防护与热管理技术；⑥飞行仿真技术。 3.材料／工艺／制造技术 高超声速飞行器的气动加热问题给飞行器带来了对防热材料更高的要求，如何使用防热材料、设计防热结构是面临的新问题。为了能够提高装载量，在满足强度、防热要求的条件下，还需要发展轻质材料。 该领域所涉及的技术方面有：①防热与隔热材料（如c／c复合材料、C／SiC陶瓷基复合材料、蜂窝夹芯复合材料等）；②防热涂层材料（如氧化锆等）；③轻质高强度材料（如铝锂合金、钛合金等）；④异型结构设计与成型技术；⑤部件连接、焊接与密封技术。 4.试验验证技术 试验验证技术是从理论迈向实际应用的关键，对于高超声速飞行器主要包括超声速燃烧的试验、自由射流模型发动机的试验和飞行器的气动力、气动热风洞试验等，以及相关的试验方法、数据测量与处理等若干问题。

内容概要

蔡国飙，北京航空航天大学教授，博士生导师，“长江学者”特聘教授，宇航学院院长。

书籍目录

前言?

上篇 高超声速飞行器技术?

第1章 绪论??

1.1 高超声速飞行器??

1.2 国外高超声速飞行器总体方案研究??

1.2.1 可重复使用航天运载器??

1.2.2 高超声速飞机??

1.2.3 高超声速巡航导弹??

1.3 国外高超声速飞行器技术发展历程??

1.3.1 国外高超声速飞行器技术发展简史??

1.3.2 国外高超声速飞行器技术飞行试验发展动态??

1.3.3 其他高超声速飞行器技术发展计划??

1.4 本书主要内容??

参考文献??

第2章 高超声速飞行器关键技术分解研究??

2.1 高超声速飞行器关键技术分解??

2.1.1 技术层面与技术分类??

2.1.2 基于技术分类的关键技术分解??

2.2 发展战略研究中定量分析的必要性??

2.3 高超声速飞行器技术关键度分析??

2.4 高超声速飞行器技术成熟度分析??

2.4.1 技术成熟度分析模型??

2.4.2 技术成熟度在可重复使用航天运载器上的应用分析??

2.5 高超声速飞行器技术发展路径??

参考文献??

第3章 超燃冲压发动机技术??

3.1 引言??

3.2 超声速燃烧概念及关键技术??

3.2.1 超声速燃烧问题的提出及概念??

3.2.2 超声速燃烧关键技术??

3.3 超然冲压发动机部件技术??

3.3.1 进气道??

3.3.2 隔离段??

3.3.3 燃烧室??

3.3.4 尾喷管??

3.4 超燃冲压发动机总性能评估指标??

3.4.1 燃烧效率??

3.4.2 内推力??

3.4.3 净推力??

3.4.4 推力增益??

3.4.5 性能指标的选择??

3.5 超燃冲压发动机的燃料技术??

3.6 超燃冲压发动机地面试验技术??

3.6.1 地面试验系统??

3.6.2 直连式试验??

3.6.3 自由射流试验??

3.6.4 试验气流参数对发动机性能的影响??

参考文献??

第4章 高超声速飞行器组合推进系统技术??

4.1 火箭基组合循环发动机推进系统??

4.1.1 RBCC基本概念及工作原理??

4.1.2 支板引射RBCC结构与原理??

4.1.3 引射火箭工作性能的影响因素??

4.1.4 RBCC发动机性能分析模型研究??

4.1.5 RBCC系统循环方案??

4.2 涡轮基组合循环发动机推进系统??

4.2.1 TBCC系统方案??

4.2.2 TBCC涡轮发动机数学模型??

4.2.3 TBCC进排气系统??

4.2.4 TBCC推进系统与高超声速飞行器机身的一体化??

4.3 其他类型的组合循环发动机??

4.3.1 预冷却涡轮基组合循环发动机??

4.3.2 深冷涡喷火箭组合循环发动机??

4.3.3 液化空气组合循环发动机??

参考文献??

第5章 高超声速飞行器机身推进一体化设计技术??

5.1 高超声速空气动力学??

5.1.1 高超声速流动??

5.1.2 高超声速气动力工程计算方法??

5.1.3 高超声速流动的数值模拟技术??

5.2 高超声速飞行器“乘波体”气动外形设计??

5.2.1 “乘波体”气动外形的概念与气动特性??

5.2.2 “乘波体”气动的生成??

5.2.3 “乘波体”飞行器设计??

5.3 高超声速飞行器机身与推进一体化设计??

5.3.1 高超声速飞行器机身推进一体化算力体系??

5.3.2 高超声速飞行器前体进气道一体化设计??

5.3.3 高超声速飞行器后体喷管一体化设计??

5.3.4 高超声速飞行器气动推进一体化数值计算??

5.3.5 高超声速飞行器一体化几何外形的参数化建模方法??

5.4 高超声速飞行器一体化气动特性分析??

5.4.1 一体化气动特性计算建模??

5.4.2 发动机工作状态对一体化气动特性的影响??

5.4.3 发动机工作状态对飞行器稳定性和配平特性的影响??

5.4.4 后体喷管设计对一体化气动特性的影响??

5.5 超燃冲压发动机与“乘波体”气动外形的一体化??

5.5.1 主要问题??

5.5.2 考虑进气道入口条件的“乘波体”气动外形设计??

5.5.3 “乘波体”气动外形尾喷管的设计??

5.6 “圆截面”推进系统与高超声速飞行器机身的一体化??

5.6.1 推进系统“圆?二维?圆”的演化??

5.6.2 “圆截面”推进系统与高超声速飞行器机身的一体化??

参考文献??

第6章 高超声速飞行器热防护技术??

6.1 高超声速飞行器热环境与热走廊??

6.1.1 高超声速飞行器热环境??

6.1.2 高超声速飞行器热走廊??

6.1.3 高超声速气动热环境工程预测方法??

6.2 高超声速气动?热?弹性力学基础研究问题??

6.2.1 高温反应气体的热化学反应机制??

6.2.2 高超声速边界层转捩??

6.2.3 高超声速流动的激波/激波相互作用??

6.2.4 高超声速热环境下的气动弹性??

6.3 航天热防护技术与典型热防护系统方案??

6.3.1 航天热防护技术??

6.3.2 典型航天/空天飞机热防护系统方案??

6.4 可重复使用航天运载器金属热防护系统??

6.4.1 可重复使用航天运载器对热防护系统的要求??

6.4.2 金属热防护系统??

6.4.3 金属热防护系统的隔热材料??

6.4.4 金属热防护系统热分析方法??

6.4.5 热防护系统健康监测技术??

6.5 吸气式高超声速飞行器热防护系统与结构部件??

6.5.1 热结构的技术难点??

6.5.2 前缘??

6.5.3 控制面板??

参考文献??

第7章 高超声速飞行器导航制导与控制技术??

7.1 高超声速飞行器导航系统技术??

7.1.1 导航系统的作用与意义??

7.1.2 组合导航技术??

7.1.3 导引头等任务设备在导航系统中的应用??

7.2 高超声速飞行器动力学建模技术??

7.2.1 轴对称飞行器动力学建模??

7.2.2 高超声速飞行器机身推进一体化动力学建模??

7.2.3 基于参数化外形的高超声速飞行器控制建模??

7.2.4 高超声速飞行器气动推进/气动耦合问题??

7.3 高超声速飞行器操控与姿态测量技术??

7.3.1 操控技术??

7.3.2 嵌入式大气数据传感系统??

7.4 高超声速飞行器制导与控制技术??

7.4.1 主要问题??

7.4.2 飞行控制方法??

7.5 可重复使用航天运载器的飞行控制技术??

7.5.1 可重复使用航天运载器飞控系统特点??

7.5.2 可重复使用的飞控系统设计要求??

7.5.3 可重复使用的飞控系统关键技术??

参考文献??

第8章 高超声速飞行器风洞试验技术??

8.1 高超声速飞行器风洞试验的任务与要求??

8.1.1 高超声速飞行器风洞试验的任务??

8.1.2 高超声速飞行器风洞试验的要求??

8.2 高超声速风洞设备种类??

8.2.1 风洞设备概况??

8.2.2 高超声速风洞设备种类??

8.3 高超声速风洞试验形式??

8.3.1 全模测力试验??

8.3.2 压力分布测量试验??

8.3.3 喷流干扰试验??

8.3.4 高超声速进气道试验??

8.3.5 铰链力矩试验??

8.3.6 级间分离及多体分离试验??

8.4 国外高超声速试验风洞情况??

8.4.1 国外高超声速风洞概况??

8.4.2 美国LENS系列激波风洞??

8.4.3 俄罗斯ITAM高超声速风洞AT?303??

8.4.4 法国S4高超声速风洞??

8.4.5 日本JAXA高超声速风洞??

参考文献??

下篇 各国高超声速飞行器技术发展?

第9章 美国高超声速飞行器技术研究??

9?1 超燃冲压发动机的兴起（20世纪50年代）??

9?2 超燃冲压发动机初期的研究（20世纪60年代）??

9?3 SCRAM导弹计划（1961~1977）??

9?4 高超声速研究发动机计划（1964~1974）??

9?5 国家空天飞机计划（1986~1995）??

9?5?1 NASP计划的提出??

9?5?2 NASP X?30试验飞行器的概念设计??

9?5?3 NASP计划中的关键技术研究??

9?5?4 NASP计划的调整??

9?5?5 NASP计划的结束??

9?6 高超声速技术计划（1995~2003）??

9?6?1 HyTech计划概览??

9?6?2 技术的挑战??

9?6?3 主要研究成果??

9?7 ARRMD计划（1998~2001）??

9?7?1 战场对快速响应导弹的需求??

9?7?2 设计要求与概念方案??

9?7?3 技术的挑战??

9?7?4 ARRMD计划的后续发展??

9?8 Hyper?X计划与X?43A飞行试验??

9?8?1 Hyper?X计划概览??

9?8?2 X?43A试验飞行器总体设计??

9?8?3 X?43A设计与制造上的挑战??

9?8?4 X?43A飞行试验??

9?9 NASA先进空天运输高超声速计划??

9?9?1 ASTP计划??

9?9?2 技术途径??

9?9?3 系统分析项目??

9?9?4 推进技术项目??

9?9?5 机身技术项目??

9?9?6 飞行演示项目??

9?10 HyFly计划??

9?10?1 飞行器的概念/结构??

9?10?2 飞行试验过程和试验目标??

9?10?3 面临的技术挑战??

9?11 X?51A飞行试验计划（2005~ ）??

9?11?1 战略背景??

9?11?2 计划由来??

9?11?3 研究团队??

9?11?4 计划路径??

9?11?5 试验飞行器系统组成??

9?11?6 发动机研制与试验??

9?11?7 飞行试验计划安排??

9?11?8 飞行试验的开展情况??

9?12 Falcon计划??

9?12?1 计划背景??

9?12?2 涡轮基组合循环推进系统??

9?12?3 TBCC相关技术的发展??

9?12?4 HTV?2飞行试验??

参考文献??

第10章 俄罗斯高超声速飞行器技术研究??

10?1 “冷”计划??

10?1?1 轴对称亚/超燃冲压发动机试验模型??

10?1?2 试飞器??

10?1?3 飞行试验??

10?2 “鹰”计划??

10?2?1 “鹰”试验飞行器??

10?2?2 超燃冲压发动机试验模型??

10?2?3 “鹰”试验运载器??

10?2?4 “鹰”试验??

10?3 彩虹?D2计划??

10?3?1 彩虹?D2试飞器??

10?3?2 实验型超燃冲压发动机模型??

10?3?3 飞行试验??

10?4 “鹰?31”计划??

10?4?1 试飞器??

10?4?2 亚/超燃冲压发动机试验模型??

10?4?3 飞行试验??

10?5 高超声速飞机“图2000”的研究??

参考文献??

第11章 法国高超声速飞行器技术研究??

11?1 PREPHA计划(1992~1998)??

11?1?1 PREPHA计划简介??

11?1?2 试验装置的建立??

11?1?3 CFD数值计算研究??

11?1?4 超燃冲压发动机部件研究??

11?1?5 材料与冷却结构研究??

11?1?6 高超声速飞行器总体系统研究??

11?2 JAPHAR计划(1997~2002)??

11?2?1 JAPHAR计划简介??

11?2?2 JAPHAR计划的研究途径??

11?2?3 双模态超燃冲压发动机研究??

11?2?4 超声速燃烧基础研究??

11?3 PROMETHEE计划(1999~2002)??

11?3?1 PROMETHEE计划简介??

11?3?2 PROMETHEE计划的主要目标??

11?3?3 PROMETHEE计划的技术途径??

11?4 LEA飞行试验计划(2003~ )??

11?4?1 LEA飞行试验计划的背景??

11?4?2 LEA飞行试验计划的试验原理??

11?4?3 LEA飞行器研发状况??

参考文献??

第12章 德国高超声速飞行器技术研究??

12?1 S?nger计划（1988~1995）??

12?2 FESTIP TSTO方案研究(1994~1998)??

12?3 SHEFEXⅠ飞行试验（2005）??

12?4 SHEFEXⅡ飞行试验（2008）??

12?4?1 研制背景??

12?4?2 试飞器介绍??

12?4?3 分系统介绍??

12?4?4 气动力学问题??

参考文献??

第13章 日本高超声速飞行器技术研究??

13?1 日本的超燃冲压发动机研究??

13?2 空天飞机方案研究??

13?3 HOPE飞行试验研究计划??

13?3?1 OREX轨道再入试验??

13?3?2 HFLEX高超声速飞行试验??

13?3?3 ALFLEX自动着陆试验??

13?3?4 HSFD高速飞行演示试验??

13?4 高超声速试验设备与研究机构??

13?4?1 冲压发动机自由射流试车台??

13?4?2 自由活塞式激波风洞??

13?4?3 相关研究机构??

参考文献??

第14章 澳大利亚高超声速飞行器技术研究??

14?1 HyShot计划??

14?2 HyCAUSE飞行试验??

14?3 HIFiRE飞行试验计划??

参考文献??

第15章 其他国家高超声速飞行器技术研究??

15?1 英国高超声速飞行器技术研究概况??

15?1?1 HOTOL计划??

15?1?2 SHyFE飞行试验计划??

15?1?3 SKYLON可重复使用运载器??

15?1?4 高超声速客机??

15?2 意大利高超声速飞行器技术研究概况??

15?3 印度高超声速飞行器技术研究概况??

15?3?1 HSTDV飞行器结构与组成??

15?3?2 印度高超声速试验设备??

参考文献??

第16章 总结与展望??

16?1 高超声速飞行器技术的研究总结??

16?2 高超声速飞行器技术的发展趋势

科学出版社编辑13910846793

编辑推荐

《高超声速飞行器技术》可作为高超声速飞行器、可重复使用航天运载器领域从事相关研究的工程技术人员以及高等院校相关专业的师生的参考用书。

作者简介

《高超声速飞行器技术》系统地分析高超声速飞行器的关键技术，阐述各项关键技术的主要研究内容与研究方法，并归纳总结了国外各国高超声速飞行器技术的发展历程及取得的主要研究成果。全书分上、下两篇，总计16章，上篇（第1～8章）阐述高超声速飞行器的关键技术，下篇（第9～16章）介绍各国高超声速飞行器技术的发展，并给出研究总结与展望。

图书封面

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