临近空间高超声速飞行器计算空气动力学

临近空间高超声速飞行器的研制具有十分重大的战略意义，《临近空间高超声速飞行器计算空气动力学》以典型复杂外形高超声速飞行器为背景，采用计算空气动力学方法研究相关空气动力问题。《临近空间高超声速飞行器计算空气动力学》共分为8章：第1章为绪论，介绍了临近空间与临近空间飞行器的基本概念及其流动特征；第2章为计算空气动力学数值模拟基础；第3章为高超声速飞行器动态特性计算方法；第4章为反作用控制系统喷流干扰计算方法；第5章为高超声速飞行器热环境计算方法；第6章为高温气体效应计算方法；第7章为高超声速稀薄气体效应及其计算技术；第8章为高温边界层流场与烧蚀耦合计算方法。

丛书序
序
前言
第1章 绪论/1
1.1 临近空间与临近空间飞行器/1
1.1.1 吸气式高超声速巡航飞行器/2
1.1.2 滑翔再入高超声速飞行器/3
1.1.3 低轨再入飞行器/5
1.1.4 离地入轨飞行器/6
1.1.5 空天飞机与高超声速飞机/7
1.2 临近空间高超声速飞行器流动特征/8
1.2.1 强压缩高温流动/8
1.2.2 高空低密度流动/12
1.2.3 流动/材料烧蚀耦合/13
参考文献/15
第2章 计算空气动力学数值模拟基础/18
2.1 流动控制方程/18
2.2 数值离散方法/20
2.2.1 有限体积离散/20
2.2.2 对流通量计算/21
2.2.3 变量重构和器/28
2.2.4 黏性通量计算/33
2.2.5 时间推进求解/34
2.2.6 边界条件/41
2.3 湍流模型/43
2.3.1 Spalart-Allmaras湍流模型/46
2.3.2 剪切应力输运模型/47
2.3.3 显式代数雷诺应力模型/48
参考文献/51
第3章 高超声速飞行器动态特性计算方法/56
3.1 动导数计算/57
3.1.1 强迫振动/58
3.1.2 自由振动/58
3.1.3 准定常旋转法/60
3.1.4 动导数典型算例/60
3.2 多体分离仿真/63
3.2.1 抛罩分离/65
3.2.2 级间分离/73
3.3 小结/78
参考文献/78
第4章 反作用控制系统喷流干扰计算方法/80
4.1 RCS喷流干扰数值计算方法/83
4.1.1 RCS定常冷喷干扰数值计算方法/83
4.1.2 脉冲喷流干扰非定常数值计算方法/85
4.1.3 燃气热喷干扰数值计算方法/91
4.1.4 RCS喷流干扰网格生成技术/93
4.2 高超声速复杂外形RCS喷流干扰特性/97
4.2.1 单喷流干扰特性/97
4.2.2 多喷流干扰特性/98
4.2.3 喷流/舵面耦合干扰特性/100
4.3 小结/101
参考文献/102
第5章 高超声速飞行器热环境计算方法/104
5.1 热环境预测中的关键数值模拟技术/106
5.1.1 计算网格/106
5.1.2 空间离散格式/112
5.1.3 湍流模型/116
5.2 典型临近空间高超声速飞行器热环境特性/124
5.2.1 简单流动区域高热流分布特征/124
5.2.2 复杂流动干扰区域高热流分布特征/126
5.3 典型高超声速飞行器热环境数值模拟/128
5.4 小结/131
参考文献/132
第6章 高温气体效应计算方法/134
6.1 物理模型与计算方法/135
6.1.1 数学物理模型/136
6.1.2 化学反应模型适用性/146
6.2 高温气体效应作用机制/151
6.2.1 气动特性高温气体效应作用机理/151
6.2.2 气体电离辐射影响机理/163
6.3 典型临近空间高超声速飞行器高温气体效应/166
6.3.1 高温气体效应对气动特性的影响/166
6.3.2 高温气体效应对气动热的影响/167
6.3.3 等离子体流场分布特性/168
6.4 小结/169
参考文献/169
第7章 高超声速稀薄气体效应及其计算技术/171
7.1 Knudsen层与滑移边界条件/172
7.1.1 Knudsen层的流动机理/172
7.1.2 滑移边界条件和滑移模型/173
7.1.3 滑移模型的适应性分析/175
7.1.4 梯形翼临近空间气动特性的计算分析/180
7.1.5 热化学非平衡滑移效应/183
7.2 过渡流区的计算方法/187
7.2.1 引言/187
7.2.2 DSMC方法/188
7.2.3 粒子模拟混合算法/205
7.3 自由分子流区的TPMC方法/211
7.3.1 引言/211
7.3.2 TPMC模拟的主要步骤/212
7.3.3 主要关键技术/214
7.3.4 航天器典型构件的多次反射效应分析/218
7.4 典型临近空间高超声速飞行器稀薄气体效应/220
7.5 小结/223
参考文献/223
第8章 高温边界层流场与烧蚀耦合计算方法/226
8.1 材料高温烧蚀基本理论与模拟方法/227
8.1.1 烧蚀的基本现象及其对流场的影响/227
8.1.2 材料烧蚀工程计算的理论基础/228
8.2 新型材料烧蚀特性与计算方法/231
8.2.1 碳/碳化硅材料烧蚀特性计算方法/232
8.2.2 涂层抗氧化碳/碳材料烧蚀特性与局部流动分析/237
8.3 烧蚀影响飞行器绕流流场特性/247
8.3.1 烧蚀引射物面边界模型/248
8.3.2 烧蚀引射对气动加热影响/249
8.3.3 烧蚀对等离子体流场影响/253
8.4 边界层流动与烧蚀耦合计算方法/254
8.4.1 烧蚀外形计算方法/255
8.4.2 CFD与烧蚀形变的耦合模拟/259
8.5 小结/261
参考文献/262
彩图/265