空间任务飞行器的空气动力学和热力学分析

本书主要内容有：介绍了高超声速空气动力学和热力学基础，详细讨论了几个高超声速的关键特征；给出了用以评估航天器返回过程中下降飞行轨迹和需要承受的相应的气动热载荷环境的数学模型；在讨论高超声速空气动力学和热力学基础之后，飞行器气动设计可以集中于确定航天器的气动外形；分析了采用化学非平衡CFD方法发展从LEO返回的无人升力体飞行器气动数据库，同时强调了几个设计问题；介绍了适用于来往LEO的载人和无人有翼再入飞行器，并提出了一种亚轨道任务方案。

   第一章 高超声速空气动力学和热力学基本理论

1.1 引言

1.2 高超声速流动基本特点

1.2.1 强烈的弓形激波

1.2.2 温度／气动加热的重要性

1.2.3 钝化气动外形减少热传递

1.2.4 表面压强估计

1.2.5 高温效应

1.2.6 黏性干扰

1.2.7 熵梯度

1.2.8 薄激波层

1.2.9 发动机―机身―体化

1.2.10 控制与稳定性

1.3 轨道再入

1.4 连续流区飞行器周围典型高超声速流场特征

1.4.1 流动控制方程

1.4.2 M∞变化引起的流场特征

1.4.3 激波关系式

1.4.4 特征线法

1.4.5 高温效应

1.4.6 黏性干扰

1.5 航天器气动力系数

1.5.1 参考坐标系

1.5.2 气动热力学数据约定

1.6 简化气动分析

1.6.1 低阶空气动力学方法

1.6.2 牛顿撞击流理论

1.6.3 改进牛顿流理论

1.6.4 平板高超声速空气动力学

1.6.5 球体高超声速空气动力学

1.6.6 圆柱高超声速空气动力学

1.6.7 尖／钝锥体空气动力学

1.6.8 切楔／切锥法

1.6.9 平板理论和航天器高超声速空气动力学特征

1.6.10 面元法空气动力学

1.6.11 表面倾斜法和气动外形设计：压力法选择原理

1.7 高超声速与亚声速空气动力学

1.7.1 气动阻力

1.7.2 气动升力

1.7.3 俯视图特性

1.8 再人飞行和气动加热

1.8.1 脱体距离

1.8.2 气动加热

1.9 空间飞行器设计基础

1.10 量纲分析

参考文献

第二章 大气再入基本理论

2.1 前言

2.2 再入任务的初始比内能

2.3 平面飞行方程

2.3.1 弹道式再入

2.3.2 平衡滑翔式再入

2.3.3 跳跃式再入

2.3.4 横向机动

2.4 理想气体和化学反应流的传热

2.4.1 傅里叶定律及对流和扩散传热

2.4.2 理想气体流动的传热

2.4.3 表面摩擦系数和雷诺比拟

2.4.4 总再入热载荷

2.4.5 再入加热率

2.4.6 化学反应流动传热

2.4.7 薄膜系数方法

2.5 驻点加热

2.5.1 理想气体流动的驻点传热

2.5.2 化学反应气体的驻点传热

2.5.3 工程方法和驻点加热预估

2.6 自由分子加热

2.7 再入走廊

2.7.1 速度-飞行轨迹角度图

参考文献

……

第三章 再入飞行器设计的几点最初考虑

第四章 阿波罗构型返回舱分析

第五章 升力体飞行器

第六章 有翼再入飞行器

第七章 试样返回舱分析

第八章 运载火箭：现状与未来

附录A 飞向火星的载人航天计划