高超声速飞行器气动热耗散、输运和再利用管理技术

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。作者所在单位针对高超声速飞行器热管理方向进行了十多年的持续研究，取得了一系列的研究成果。本书针对作者在高超声速飞行器热管理方面的近期新研究成果进行了系统总结，提出的飞行器热耗散、热输运和热利用技术、热管理总体方案、热管理系统设计方法等，可以为飞行器设计专业，尤其是高超声速飞行器热管理方向的研究者提供重要参考。

丛书序
前言
第1章绪论
1.1高超声速飞行器热环境基本特点
1.2高超声速气动热管理技术研究现状
1.2.1气动降热
1.2.2热耗散技术
1.2.3热输运技术
1.2.4热再利用技术
1.3本书主要研究内容
参考文献
第2章热管理系统设计中的基本概念和方法
2.1热平衡模型
2.2等效热平衡模型
2.2.1无热电转换子系统
2.2.2有热电转换子系统
2.3气动热计算方法
2.3.1无黏流场计算
2.3.2边界层内有黏流场气动热计算
2.3.3驻点热流密度计算
2.3.4气动热计算流程
2.4热管理系统设计方法
2.4.1基于辐射热平衡模型的热防护系统设计流程
2.4.2基于等效热平衡模型的热管理系统设计流程
2.4.3小结
参考文献
第3章被动热防护系统设计
3.1前言
3.2热防护结构及典型热防护概念
3.2.1热防护材料及结构
3.2.2典型热防护概念
3.3热防护系统设计方法
3.3.1热防护系统分区方法
3.3.2热防护系统传热分析模型
3.3.3结构优化模型
3.4高超声速飞行器被动热防护系统设计
3.4.1飞行器及弹道
3.4.2气动热
3.4.3被动热防护子系统
3.5小结
参考文献
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
4.1前言
4.2防热/承载一体化热防护系统设计
4.2.1ITPS区域分布及材料选取
4.2.2设计点及极限设计状态确定
4.2.3ITPS优化设计模型及方法
4.3防热/承载一体化结构热力响应问题分析
4.3.1热传导问题
4.3.2结构静力学问题
4.3.3屈曲问题
4.3.4动特性及动力学响应问题
4.3.5小结
4.4波纹夹芯型一体化结构热传导分析方法
4.4.1正交分解法求解瞬态热传导方程
4.4.2考虑材料非线性的瞬态热传导计算方法
4.4.3波纹夹芯型ITPS热物性参数等效模型
4.4.4算例验证
4.4.5小结
4.5波纹夹芯型ITPS结构静力学计算方法
4.5.1波纹夹芯结构均匀化方法
4.5.2基于多层理论的有限元模型
4.5.3算例验证
4.5.4小结
4.6波纹夹芯型ITPS应力分布及结构屈曲计算方法
4.6.1基于等效模型的应力分布计算方法
4.6.2ITPS屈曲问题计算方法
4.6.3算例验证
4.6.4小结
4.7波纹夹芯型ITPS设计实例及总体评估
4.7.1高超声速运载器
4.7.2ITPS适用区域及材料选取方案
4.7.3ITPS优化设计
4.7.4ITPS优化设计结果
4.8小结
参考文献
第5章飞行器前缘热输运技术
5.1前言
5.2飞行器前缘一体化热管方案设计及性能评估
5.2.1前缘气动热计算
5.2.2前缘热管方案设计及性能评估
5.2.3小结
5.3飞行器前缘对流热输运方案设计及性能评估
5.3.1前缘对流热输运方案
5.3.2数值模型
5.3.3结果分析
5.4小结
参考文献
第6章飞行器大面积区域对流热输运网络设计
6.1前言
6.2对流热输运网络设计方法
6.3高超声速巡飞器对流热输运网络设计
6.3.1飞行器及热输运工质
6.3.2热防护-对流热输运数值模型
6.3.3结果与分析
6.4被动热防护及热输运系统耦合设计流程
6.5小结
参考文献
第7章热电转换结构设计及性能评估
7.1前言
7.2防热/供电多功能结构概念
7.2.1p型热电材料的选择
7.2.2n型热电材料的制备及其热电性能
7.2.3其他材料物性
7.3数值仿真模型
7.3.1控制方程及本构方程
7.3.2单胞及其边界
7.3.3边界条件及初始条件
7.3.4材料接触界面
7.4多功能结构力/热/电性能分析
7.4.1力/热性能分析
7.4.2热电性能分析
7.4.3热电转换效率分析
7.5多功能结构优化
7.5.1优化问题模型
7.5.2优化过程
7.5.3优化结果
7.6小结
参考文献
第8章承载-防热-供电多功能结构技术
8.1前言
8.2飞行器力/热载荷
8.3热电多功能结构设计及力学边界条件
8.3.1热电材料及选取原则
8.3.2热电多功能结构方案
8.3.3力学边界条件
8.4热电多功能结构细化设计及力热电性能评估
8.4.1热电多功能结构细化设计
8.4.2力热耦合分析数值模型
8.4.3力热性能分析及评估
8.4.4发电性能分析及评估
8.5小结
参考文献
第9章热管理系统优化设计及流程
9.1前言
9.2热电-热防护概念及热管理系统的优化设计
9.2.1热电-热防护概念及其数值模型
9.2.2热电-热防护概念的优化模型
9.2.3热管理性能评估
9.3面向飞行器总体的热管理系统设计流程
9.4高超声速飞行器热能管理系统的应用设想
参考文献