本书针对临近空间高超声速飞行器，系统介绍了飞行器研制过程中不同关键空气动力特性的理论计算方法和基本物理规律，为准确把握临近空间高超声速飞行器关键空气动力学特征提供了指导。本书共分为八章：第一章介绍临近空间与临近空间飞行器相关的基本概念及流动特征；第二章介绍基本的计算空气动力学控制方程及相关经典数值模拟技术；第三章介绍非定常相关的数值模拟技术，包括动导数的计算和多体分离模拟；第四章介绍高超声速反作用控制系统相关的侧向喷流数值模拟技术以及典型的喷流干扰流动特征；第五章介绍气动热环境数值模拟相关的关键技术以及典型外形的气动热环境特征；第六章介绍由于高温气体效应引起的化学反应、壁面催化以及气体辐射等复杂过程的数值模拟技术；第七章介绍适用于不同稀薄程度的多种稀薄气体预测方法；第八章介绍高超声速流动与结构材料相互作用而产生的流动烧蚀耦合问题。
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高超声速出版工程目录
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 变量重构和限制器/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
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