气动布局是承载各类先进飞行器的外形载体，其优劣直接影响飞行器的总体性能。高超声速飞行是当前技术发展的前沿和热点，其气动外形究竟应该如何设计，应建立哪些设计理论及方法，成为高超声速空气动力研究者亟待回答的问题。虽然国内外科研工作者对高超声速气动布局技术的研究历史久远，研究成果众多，但还缺少一本为读者系统介绍从外流到内流、再到内外流一体化、然后到机体推进一体化的高超声速气动布局设计技术的书籍。本书针对以上需求，将作者开展的与高超声速气动布局相关的研究工作进行梳理和总结，希望能抛砖引玉，传承和推动学术的发展。
样章试读
目录
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丛书序
前言
第1章 绪论1
1.1 高超飞行器的分类/1
1.2 高超声速气动布局的需求/4
1.2.1 可用高升阻比的需求/4
1.2.2 机体推进一体化的需求/4
1.2.3 宽域高性能的需求/5
1.3 本书的构架/6
参考文献/8
第2章 高超声速流动的空间推进求解9
2.1 多组分化学反应NS方程组/9
2.1.1 直角坐标系下的多组分化学反应NS方程组/9
2.1.2 控制方程的无量纲化及坐标变换/12
2.2 多组分化学反应抛物化NS方程组/14
2.3 抛物化NS方程组的伪时间迭代推进求解/18
2.3.1 推进面上的伪时间迭代方法/19
2.3.2 抛物化NS方程组的空间离散方法/20
2.3.3 空间推进步长的选取方法/21
2.4 空间推进方法验证确认/21
2.4.1 空间推进求解超声速层流流动的验证与分析/21
2.4.2 空间推进求解超声速湍流流动的验证与分析/26
2.5 本章小结/28
参考文献/29
第3章 最小阻力旋成体构型313.1流函数/31
3.2 气动阻力/33
3.2.1 封闭体气动阻力/33
3.2.2 前体/34
3.2.3 管状前体/34
3.3 最小阻力封闭体/35
3.3.1 给定长度和体积/38
3.3.2 给定长度和中间点/39
3.4 最小阻力前体/40
3.4.1 子午线和阻力系数/42
3.4.2 给定长度和直径/43
3.4.3 冯？卡门曲线/44
3.5 最小阻力管状前体/46
3.5.1 子午线和阻力系数/47
3.5.2 给定长度和直径/48
3.6 数值优化最小阻力旋成体/49
3.6.1 优化流程构建/50
3.6.2 优化流程测试/52
3.6.3 不同马赫数的优化结果/53
3.6.4 不同长细比的优化结果/56
3.7 本章小结/59
参考文献/60
第4章 密切直激波乘波体63
4.1 直锥乘波体/64
4.1.1 直锥流场求解/64
4.1.2 直锥乘波流面追踪/68
4.2 密切锥乘波体/70
4.2.1 密切锥乘波体的设计/70
4.2.2 密切锥乘波体的验证/73
4.3 密切内锥乘波体/74
4.3.1 流线追踪内锥基准流场/75
4.3.2 密切内锥乘波体设计/76
4.3.3 密切内锥乘波体流动分析/78
4.4 密切曲面锥乘波体/80
4.4.1 密切曲面锥乘波体的设计方法/81
4.4.2 曲面锥的特征线设计/82
4.4.3 密切曲面锥乘波体设计分析/84
4.4.4 密切曲面锥乘波体和密切锥乘波体的比较/88
4.5 本章小结/91
参考文献/91
第5章 密切最小阻力锥乘波体93
5.1 超声速二元等熵流场的特征线求解/93
5.1.1 内点单元过程/94
5.1.2 直接壁面点单元过程/97
5.1.3 激波点单元过程/98
5.2 最小阻力锥乘波体设计/99
5.2.1 最小阻力锥流场的特征线求解/99
5.2.2 密切最小阻力锥乘波体设计/102
5.3 密切乘波体的优化对比/106
5.3.1乘波体设计状态气动性能评估/106
5.3.2乘波体容积系数的计算/109
5.3.3 乘波体优化流程/110
5.3.4不同底部压力对优化结果的影响/111
5.3.5 乘波体的对比优化/113
5.4 本章小结/115
参考文献/116
第6章 高超声速二元进气道设计117
6.1 可控消波二元高超声速进气道流场结构/117
6.2 等熵无旋特征线控制方程/119
6.3 特征线控制方程的数值求解/122
6.3.1 流场内点求解过程/122
6.3.2 壁面点的求解/123
6.3.3 流场中激波点的求解/124
6.3.4 壁面激波点的求解/125
6.4 可控消波二元进气道特征线设计过程/126
6.5 可控消波二元进气道的设计应用/132
6.5.1 可控消波二维进气道特征线设计/132
6.5.2 可控消波二维进气道黏性边界层修正/134
6.5.3 前缘钝度对进气道性能的影响/137
6.6 本章小结/139
参考文献/139
第7章 三维内转式高超声速进气道140
7.1 三维内转式进气道的基准流场/141
7.1.1 Busemann进气道/141
7.1.2 轴对称等熵逆置喷管流场/144
7.1.3 可控消波内转式基准流场/150
7.1.4 圆形出口内转式进气道设计示例/153
7.2 微修型方转圆进气道的设计评估/155
7.2.1 圆形出口截面内收缩进气道的设计/155
7.2.2 方形入口截面内收缩进气道的设计/156
7.2.3 方转圆进气道的曲面融合设计/156
7.2.4 方转圆进气道的性能分析/158
7.3 微修型异型转圆形进气道设计/160
7.3.1 内收缩基准流场/160
7.3.2 改进的微修型设计方法/160
7.3.3 类水滴进气道设计分析/162
7.4 类水滴进气道试验研究/163
7.4.1 试验概况/163
7.4.2 进气道通流特性/164
7.4.3 进气道抗反压特性/165
7.5 本章小结/167
参考文献/167
第8章 一体化曲外锥乘波前体进气道170
8.1 曲外锥乘波前体进气道设计方法及性能分析/171
8.1.1 可控消波一体化曲外锥基准流场/171
8.1.2 一体化曲外锥乘波前体进气道设计/171
8.1.3 理论构型性能分析/173
8.2 曲外锥乘波前体进气道修型设计与仿真分析/177
8.2.1 几何修型设计/177
8.2.2 几何修型对性能影响分析/177
8.2.3 宽流动参数的几何修型构型性能/180
8.3 一体化曲外锥乘波前体进气道试验研究/184
8.3.1 试验系统介绍/184
8.3.2 流量捕获特性/186
8.3.3 自起动特性/189
8.3.4 抗反压性能/192
8.3.5 侧滑角对性能的影响/193
8.3.6 试验和仿真计算的对比验证/195
8.3.7 马赫数4和6通流状态下的性能分析/197
8.4 本章小结/198
参考文献/199
第9章 一体化曲内锥乘波前体进气道201
9.1 密切曲内锥乘波前体进气道设计分析/202
9.1.1 一体化曲内锥基准流场设计分析/202
9.1.2 OICCWI设计/204
9.1.3 OICCWI性能仿真分析/205
9.2 理论构型试验研究/210
9.2.1 试验基本情况/210
9.2.2 OICCWI通流特性测试及数值仿真对比/211
9.2.3 OICCWI边界层修正试验研究/214
9.3 几何修型OICCWI试验研究/217
9.3.1 试验模型及试验系统/217
9.3.2 起动与不起动特性/219
9.3.3 最大抗反压特性/221
9.3.4 流量捕获特性/222
9.4 本章小结/223
参考文献/224
第10章 一体化最小阻力乘波体/内转式进气道226
10.1 最小阻力乘波体和内转进气道设计及分析/227
10.1.1 最小阻力锥乘波体设计/227
10.1.2 乘波体进气道一体化设计方法/228
10.1.3 理论构型仿真分析/232
10.2 一体化乘波内转式进气道试验研究/235
10.2.1 试验模型及试验系统/235
10.2.2 乘波体/进气道自起动及抗反压特性/238
10.2.3 乘波体进气道流量捕获特性/240
10.2.4 泄流孔对乘波体进气道性能的影响/241
10.3 数值仿真与实验对比/244
10.4 本章小结/248
参考文献/249
第11章 双模态冲压燃烧室一维数值模拟250
11.1 双模态冲压燃烧室广义一维控制方程/251
11.1.1 广义一维欧拉方程/251
11.1.2 控制方程源项及组分的确定/255
11.2 数值计算方法/259
11.3 氢燃料双模态燃烧室/262
11.3.1 计算模型和计算网格/262
11.3.2 数值模拟结果对比验证/264
11.4 碳氢燃料一维燃烧室仿真/266
11.5 本章小结/267
参考文献/267
第12章 高超声速飞行器后体尾喷管研究269
12.1 高超声速尾喷管设计流程构建/270
12.1.1 自动优化循环流程/270
12.1.2 优化工具的介绍/271
12.1.3 CFD分析工具验证确认/272
12.2 二维尾喷管型面优化/274
12.2.1 尾喷管参数化描述/274
12.2.2 原始喷管的气动性能/276
12.2.3 单目标优化结果及分析/276
12.2.4 多目标优化结果及分析/277
12.3 三维尾喷管构型优化结果分析/280
12.3.1 尾喷管三维型面参数化描述/280
12.3.2 多目标优化结果/282
12.4 变比热比尾喷流实验相似率/283
12.4.1 喷流模拟相似参数/284
12.4.2 相似准则仿真模型和条件/285
12.4.3 冷态喷流模拟方案/286
12.4.4 热态喷流模拟方案/288
12.5 内外流耦合高超飞行器尾喷流试验/293
12.5.1 实验模型/293
12.5.2 内外流实验模拟方案/294
12.5.3 内喷流总压调节及测压精度分析/296
12.5.4 落压比对喷流干扰的影响/297
12.5.5 外流马赫数对喷流干扰的影响/299
12.5.6 非均匀内喷流和均匀内喷流干扰比较/300
12.5.7 喷流比热比对内外流干扰的影响/301
12.6 本章小结/303
参考文献/303
第13章 高超飞行器机体推进一体化设计优化306
13.1 高超声速二元进气道多目标优化/307
13.1.1 二元进气道参数化建模/307
13.1.2 二维进气道的设计优化结果/307
13.1.3 轴对称进气道的设计优化结果/309
13.2 高超声速一体化飞行器设计优化/312
13.2.1 一体化飞行器力系界面划分/312
13.2.2 一体化飞行器参数化建模方案/313
13.2.3 马赫数10氢燃料一体化飞行器优化结果/315
13.2.4 马赫数10碳氢燃料一体化飞行器优化结果/318
13.2.5 马赫数6碳氢燃料一体化飞行器优化结果/320
13.3 典型一体化高超飞行器布局设计/324
13.3.1 一体化飞行器布局方案/324
13.3.2 一体化飞行器外流特性分析/325
13.3.3 一体化飞行器内流特性分析/328
13.4 本章小结/330
参考文献/331
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