高超声速乘波设计理论

本书面向高超声速飞行器乘波没计，主要介绍一种适用于高超声速飞行的乘波气动外形设计方法。全书共7章，其中第1~5章介绍纯外流流动的乘波设计理论及应用，主要包括绪论(乘波相关慨念及定义)、乘波设计基础、一般乘波设计、吻切类乘波设计，以及乘波设计应用举例。第6、7章主要介绍包含内流流动的机体／推进一体化乘波设计方法及其应用，这也是当前乘波设计理论最有活力和具有相当挑战的发展方向。本书适合用作高等院校高年级本科生及研究生教材，也可供高超声速飞行器相关设计人员参考。

丛书序
前言
第1章绪论1
1.1乘波体的概念1
1.2乘波设计优点3
1.3乘波飞行器的工程应用前景4
1.4本书章节介绍5
第2章乘波设计基础8
2.1乘波设计基本步骤8
2.2乘波设计要素11
2.3基准流场设计13
2.3.1斜激波关系式基准流场设计方法14
2.3.2锥形流理论基准流场设计方法20
2.3.3特征线理论基准流场设计方法26
2.3.4高超声速小扰动理论基准流场设计方法简介50
2.3.5空间推进基准流场设计方法简介51
2.3.6时间推进基准流场设计方法简介52
2.4激波型线设计54
2.4.1楔形基准流场激波底部型线55
2.4.2锥形基准流场激波底部型线56
2.4.3吻切设计中的激波底部型线56
2.4.4三维基准流场激波底部型线58
2.5几何特征型线设计59
2.5.1设定上表面底部型线的乘波体设计60
2.5.2设定下表面底部型线的乘波体设计61
2.5.3设定前缘线水平投影型线的乘波体设计63
2.5.4设定三维前缘线的乘波体设计65
2.5.5设定组合特征型线的乘波体设计66
2.6流线追踪方法68
2.6.1基本控制方程69
2.6.2锥形流场方法69
2.6.3超声速轴对称流场方法73
2.6.4三维流场方法74
2.6.5自由流面法75
2.7气动特性评估方法及案例75
2.7.1工程估算方法76
2.7.2数值计算方法83
2.8小结90
第3章一般乘波设计91
3.1平面流场和轴对称流场92
3.2基于平面基准流场的乘波设计93
3.2.1基于楔形流场的乘波设计93
3.2.2基于曲楔流场的乘波设计95
3.3基于外压缩轴对称流场的乘波设计97
3.3.1基于锥形流场的乘波设计97
3.3.2基于曲锥流场的乘波设计100
3.3.3曲锥流场乘波设计举例104
3.3.4曲锥基准流场设计参数影响讨论121
3.4基于内收缩轴对称流场的乘波设计131
3.4.1基于直激波内锥流场的乘波设计131
3.4.2基于曲激波内锥流场的乘波设计133
3.5基于近似三维流场的乘波设计135
3.6基于准确三维流场的乘波设计137
3.7小结139
第4章吻切类乘波设计141
4.1吻切乘波设计原理141
4.1.1吻切乘波设计思路141
4.1.2吻切乘波设计基本步骤144
4.1.3吻切乘波设计约束的讨论145
4.2吻切锥乘波设计实例147
4.2.1设计输入参数147
4.2.2吻切锥乘波体构型148
4.2.3吻切锥乘波体性能分析150
4.3吻切轴对称乘波设计实例153
4.3.1曲锥基准流场求解153
4.3.2吻切轴对称乘波设计步骤154
4.3.3吻切轴对称乘波体构型156
4.3.4三种吻切轴对称乘波体性能对比分析160
4.4吻切流场乘波设计实例（一）164
4.4.1设计思路和步骤164
4.4.2变壁面压力吻切流场乘波体构型166
4.4.3变壁面压力吻切流场乘波体性能分析167
4.4.4吻切轴对称与吻切流场乘波体性能对比分析170
4.5吻切流场乘波设计实例（二）177
4.5.1设计思路和步骤177
4.5.2变激波角锥导吻切流场乘波体构型178
4.5.3变激波角锥导吻切流场乘波体性能分析180
4.6小结184
第5章乘波设计应用举例186
5.1组合乘波设计掠影186
5.1.1星形乘波体186
5.1.2宽速域乘波体组合设计187
5.1.3乘波体外加小翼设计189
5.1.4高压捕获翼设计189
5.2两级乘波设计190
5.2.1背景和基本概念190
5.2.2锥导两级乘波体设计192
5.2.3吻切锥两级乘波体设计200
5.2.4变激波角吻切两级乘波体设计207
5.3多级变形乘波设计222
5.3.1背景和基本概念222
5.3.2锥导多级变形乘波体设计223
5.3.3吻切锥多级变形乘波体设计230
5.4脊形乘波设计234
5.4.1背景和基本概念234
5.4.2基于超椭圆曲线的脊形吻切锥乘波体设计236
5.4.3基于CST方法的脊形吻切锥乘波体设计247
5.4.4乘波体前缘钝化设计258
5.5基于前缘线水平投影型线的吻切锥乘波设计264
5.5.1基本概念264
5.5.2设计原理及约束265
5.5.3设计步骤266
5.5.4设计输入参数267
5.5.5乘波体设计实例268
5.5.6乘波特性验证272
5.5.7气动特性分析275
5.5.8机翼形状影响277
5.5.9机翼翼展影响285
5.5.10乘波飞机设计实例290
5.6基于三维前缘线的吻切锥乘波设计296
5.6.1背景和基本概念296
5.6.2设计原理298
5.6.3设计约束讨论300
5.6.4设计步骤301
5.6.5设计输入参数301
5.6.6乘波体设计实例302
5.6.7乘波体性能分析306
5.7小结313
第6章乘波体与进气道的一体化设计315
6.1背景和基本概念315
6.2乘波前体进气道一体化设计317
6.2.1乘波前体进气道流向一体化设计317
6.2.2乘波前体进气道展向一体化设计321
6.3乘波机体进气道一体化设计326
6.3.1基准流场包容式一体化设计327
6.3.2基准流场相交式一体化设计328
6.3.3全基准流场一体化设计329
6.3.4几何融合式一体化设计329
6.4小结329
第7章内外流一体化全乘波设计331
7.1基本概念331
7.2基于基准体的轴导全乘波设计332
7.2.1全乘波构型部件组成332
7.2.2全乘波构型设计原理333
7.2.3基准体及基准流场336
7.2.4全乘波构型设计步骤337
7.2.5基准流场的详细设计339
7.2.6基准流场设计实例345
7.2.7全乘波构型设计实例及验证350
7.3基于基准激波的轴导全乘波设计355
7.3.1基准流场356
7.3.2设计原理和步骤357
7.3.3基准流场详细设计358
7.3.4基准流场设计实例361
7.3.5全乘波构型设计实例及验证366
7.4全乘波构型设计参数影响分析371
7.4.1乘波前体进气道部件372
7.4.2基准流场设计输入参数影响分析374
7.4.3底部型线设计输入参数影响分析381
7.5乘波前体进气道的边界层黏性修正384
7.5.1边界层黏性修正基本原理384
7.5.2边界层位移厚度计算方法386
7.5.3乘波前体进气道边界层黏性修正实例391
7.6全乘波构型的风洞试验验证396
7.6.1试验设备396
7.6.2试验模型及试验工况397
7.6.3试验结果分析407
7.7全乘波飞行器设想418
7.8小结420
参考文献422