高超声速飞行器热管理是专门研究高超声速飞行器热耗散、输运及再利用的技术，历来受到航天工业部门的高度重视。热管理系统作为飞行器安全飞行和设备正常工作的重要保障，是高超声速工程发展的关键技术之一。本书重点针对高超声速飞行器典型的热环境特点，提出了等效热平衡模型和热管理系统设计理论，系统地阐述了高超声速飞行器热管理的基本概念与内涵。针对热耗散技术，建立了基于等效热平衡模型的热防护系统设计方法，提出了新型一体化承载防热结构的快速设计和评估方法；针对热输运技术，开展了飞行器大曲率前缘区域热管及对流输运方案的分析和评估，提出了大面积区域对流热输运网络的设计方法；针对热利用技术，开发了防热 供电、承载 防热 供电多功能结构技术。本书最后建立了高超声速飞行器热管理系统的设计流程，实现了热防护子系统、热输运子系统和热电转换子系统的耦合设计。
样章试读
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- 高超声速出版工程
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丛书序
前言
第1章 绪论/1
1.1 高超声速飞行器热环境基本特点/2
1.2 高超声速气动热管理技术研究现状/4
1.2.1 气动降热/5
1.2.2 热耗散技术/6
1.2.3 热输运技术/8
1.2.4 热再利用技术/9
1.3 本书主要研究内容/11
参考文献/12
第2章 热管理系统设计中的基本概念和方法/16
2.1 热平衡模型/16
2.2 等效热平衡模型/17
2.2.1 无热电转换子系统/18
2.2.2 有热电转换子系统/19
2.3 气动热计算方法/20
2.3.1 无黏流场计算/20
2.3.2 边界层内有黏流场气动热计算/31
2.3.3 驻点热流密度计算/47
2.3.4 气动热计算流程/48
2.4 热管理系统设计方法/49
2.4.1 基于辐射热平衡模型的热防护系统设计流程/49
2.4.2 基于等效热平衡模型的热管理系统设计流程/49
2.4.3 小结/50
参考文献/51
第3章 被动热防护系统设计/53
3.1 前言/53
3.2 热防护结构及典型热防护概念/54
3.2.1 热防护材料及结构/54
3.2.2 典型热防护概念/55
3.3 热防护系统设计方法/56
3.3.1 热防护系统分区方法/56
3.3.2 热防护系统传热分析模型/57
3.3.3 结构优化模型/61
3.4 高超声速飞行器被动热防护系统设计/61
3.4.1 飞行器及弹道/61
3.4.2 气动热/62
3.4.3 被动热防护子系统/65
3.5 小结/70
参考文献/71
第4章 波纹夹芯型防热/承载一体化多功能结构设计及评估方法/72
4.1 前言/72
4.2 防热/承载一体化热防护系统设计/73
4.2.1 ITPS区域分布及材料选取/74
4.2.2 设计点及极限设计状态确定/75
4.2.3 ITPS优化设计模型及方法/75
4.3 防热/承载一体化结构热力响应问题分析/78
4.3.1 热传导问题/79
4.3.2 结构静力学问题/80
4.3.3 屈曲问题/81
4.3.4 动特性及动力学响应问题/82
4.3.5 小结/83
4.4 波纹夹芯型一体化结构热传导分析方法/83
4.4.1 正交分解法求解瞬态热传导方程/83
4.4.2 考虑材料非线性的瞬态热传导计算方法/90
4.4.3 波纹夹芯型ITPS热物性参数等效模型/101
4.4.4 算例验证/102
4.4.5 小结/111
4.5 波纹夹芯型ITPS结构静力学计算方法/111
4.5.1 波纹夹芯结构均匀化方法/112
4.5.2 基于多层理论的有限元模型/125
4.5.3 算例验证/132
4.5.4 小结/136
4.6 波纹夹芯型ITPS应力分布及结构屈曲计算方法/136
4.6.1 基于等效模型的应力分布计算方法/136
4.6.2 ITPS屈曲问题计算方法/139
4.6.3 算例验证/140
4.6.4 小结/146
4.7 波纹夹芯型ITPS设计实例及总体评估/146
4.7.1 高超声速运载器/147
4.7.2 ITPS适用区域及材料选取方案/148
4.7.3 ITPS优化设计/150
4.7.4 ITPS优化设计结果/154
4.8 小结/156
参考文献/156
第5章 飞行器前缘热输运技术/158
5.1 前言/158
5.2 飞行器前缘一体化热管方案设计及性能评估/160
5.2.1 前缘气动热计算/160
5.2.2 前缘热管方案设计及性能评估/162
5.2.3 小结/172
5.3 飞行器前缘对流热输运方案设计及性能评估/173
5.3.1 前缘对流热输运方案/173
5.3.2 数值模型/174
5.3.3 结果分析/175
5.4 小结/180
参考文献/180
第6章 飞行器大面积区域对流热输运网络设计/182
6.1 前言/182
6.2 对流热输运网络设计方法/183
6.3 高超声速巡飞器对流热输运网络设计/183
6.3.1 飞行器及热输运工质/183
6.3.2 热防护对流热输运数值模型/186
6.3.3 结果与分析/187
6.4 被动热防护及热输运系统耦合设计流程/202
6.5 小结/202
参考文献/203
第7章 热电转换结构设计及性能评估/205
7.1 前言/205
7.2 防热/供电多功能结构概念/206
7.2.1 p型热电材料的选择/207
7.2.2 n型热电材料的制备及其热电性能/207
7.2.3 其他材料物性/210
7.3 数值仿真模型/210
7.3.1 控制方程及本构方程/210
7.3.2 单胞及其边界/212
7.3.3 边界条件及初始条件/212
7.3.4 材料接触界面/216
7.4 多功能结构力/热/电性能分析/216
7.4.1 力/热性能分析/217
7.4.2 热电性能分析/220
7.4.3 热电转换效率分析/221
7.5 多功能结构优化/224
7.5.1 优化问题模型/224
7.5.2 优化过程/226
7.5.3 优化结果/226
7.6 小结/227
参考文献/228
第8章 承载防热供电多功能结构技术/230
8.1 前言/230
8.2 飞行器力/热载荷/231
8.3 热电多功能结构设计及力学边界条件/233
8.3.1 热电材料及选取原则/233
8.3.2 热电多功能结构方案/235
8.3.3 力学边界条件/237
8.4 热电多功能结构细化设计及力热电性能评估/247
8.4.1 热电多功能结构细化设计/247
8.4.2 力热耦合分析数值模型/249
8.4.3 力热性能分析及评估/253
8.4.4 发电性能分析及评估/263
8.5 小结/266
参考文献/267
第9章 热管理系统优化设计及流程/270
9.1 前言/270
9.2 热电热防护概念及热管理系统的优化设计/270
9.2.1 热电热防护概念及其数值模型/271
9.2.2 热电热防护概念的优化模型/272
9.2.3 热管理性能评估/273
9.3 面向飞行器总体的热管理系统设计流程/276
9.4 高超声速飞行器热能管理系统的应用设想/277
参考文献/278
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