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第1章 航天飞机发展概述1

1.1 概述1

1.2 航天飞机发展回顾与展望4

1.2.1 航天先驱者的不懈追求4

1.2.2 航天飞机的研制历程5

1.2.3 航天飞机的发展——新一代重复使用运载器8

1.3 空气动力学——航天飞机研制的重要支撑技术16

1.3.1 航天飞机轨道器18

1.3.2 X-33演示验证飞行器20

1.3.3 X-34演示验证飞行器22

1.3.4 OREX、HYFLEX和HOPE-X演示验证飞行器24

第2章 航天飞机空气动力学分析概论27

符号27

2.1 概述28

2.1.1 航天飞机的再入飞行参数28

2.1.2 研究气动问题的手段30

2.2 航天飞机的气动问题38

2.2.1 航天飞机气动问题的主要特点38

2.2.2 航天飞机气动布局设计39

2.2.3 航天飞机的气动力问题40

2.2.4 航天飞机的气动热问题50

2.3 解决航天飞机气动问题的技术途径56

2.3.1 地面模拟试验56

2.3.2 理论计算及工程计算58

2.3.3 飞行模拟试验59

2.3.4 解决气动问题的技术途径60

2.4 未来航天飞机的气动问题61

第3章 航天飞机气动设计63

符号63

3.1 概述63

3.2 气动设计需要解决的基本问题及方法65

3.3 气动设计回路及一体化设计系统68

3.3.1 航天飞机气动设计回路69

3.3.2 一体化设计系统基本内容69

3.4 航天飞机气动布局设计74

3.4.1 载人航天器的气动布局演变76

3.4.2 关键气动布局参数及性能参数80

3.4.3 气动布局优化设计方法84

3.4.4 机翼外形优化设计95

第4章 航天飞机气动力预测方法100

符号100

4.1 概述101

4.2 坐标定义及外形几何处理102

4.3 亚、跨、超、高超声速气动力预测方法104

4.3.1 气动力基本公式105

4.3.2 压力系数、导数及其修正量的计算108

4.3.3 国外几种压力系数计算方法112

4.3.4 控制面的几何参数和气动力113

4.3.5 计算实例115

4.4 横向喷流计算122

4.4.1 工程计算模型122

4.4.2 喷流干扰的工程计算方法124

4.5 稀薄气体气动力预测方法130

4.5.1 当地化计算方法原理131

4.5.2 当地外形参数处理133

4.5.3 气动力系数的计算134

4.6 小结145

第5章 航天飞机气动力特性数值模拟147

符号147

5.1 概述148

5.2 欧拉方程数值模拟148

5.2.1 简述148

5.2.2 非定常欧拉方程及边界条件149

5.2.3 数值模拟方法150

5.2.4 网格生成方法159

5.2.5 计算结果162

5.3 航天飞机气动特性N-S方程数值模拟169

5.3.1 简述169

5.3.2 控制方程及边界条件169

5.3.3 差分格式及边界处理173

5.3.4 网格生成177

5.3.5 计算结果179

5.4 类升力体外形俯仰阻尼特性数值研究183

5.4.1 简述183

5.4.2 数值方法184

5.4.3 计算网格185

5.4.4 俯仰阻尼导数计算方法186

5.4.5 计算结果187

第6章 航天飞机气动加热问题190

符号190

6.1 概述190

6.2 气动加热工程计算方法192

6.2.1 流动区域的划分192

6.2.2 有限三角形面元的建立193

6.2.3 压力计算195

6.2.4 边界层外缘参数计算197

6.2.5 气动加热预测198

6.2.6 自由分子流区压力、热流预测202

6.2.7 稀薄气体过渡区压力、热流预测203

6.3 壁面辐射平衡温度预测203

6.4 热流预测与试验结果比较204

6.5 航天飞机气动加热预测实例207

6.5.1 机身热流、平衡温度预测208

6.5.2 机翼上热流、平衡温度预测208

6.5.3 立尾翼上热流、平衡温度计算211

6.6 小结212

第7章 航天飞机热防护214

符号214

7.1 概述214

7.2 航天飞机热防护的特点与要求217

7.3 航天飞机热防护系统219

7.4 大面积防热与局部防热221

7.5 防热材料内部热响应计算模型224

7.5.1 一维热传导基本方程224

7.5.2 基本方程的差分离散225

7.5.3 基本方程的初始条件与边界条件226

7.6 航天飞机防热材料温度分布计算实例227

7.6.1 局部防热材料——碳-碳材料温度分布计算227

7.6.2 大面积防热——材料-陶瓷防热瓦温度分布计算229

7.7 航天飞机防热技术的发展231

第8章 航天飞机飞行稳定性233

符号233

8.1 概述234

8.2 航天飞机返回过程及运动特点234

8.3 航天飞机稳定性分析236

8.3.1 基本外形静稳定性导数236

8.3.2 横/航向偏离预测判据239

8.3.3 静稳定度控制增益的初步分析243

8.3.4 动稳定性244

8.4 Weissman图的产生发展及应用246

8.4.1 Weissman图的产生及发展246

8.4.2 Weissman图在再入航天飞行器气动布局设计中的应用248

8.4.3 国内航天体轴坐标系下横/航向偏离参数表达式249

8.5 小结250

第9章 航天飞机气动数据库252

9.1 概述252

9.1.1 航天飞机气动数据库的意义253

9.1.2 航天飞机气动数据库经验对我国的现实意义255

9.2 航天飞机气动数据库256

9.2.1 航天飞机气动数据库基本概念256

9.2.2 航天飞机气动数据库管理的基本原则259

9.2.3 Chrysler公司的技术方案261

9.2.4 DATAMAN系统运行的方案270

9.2.5 气动数据库管理的效能评估277

9.2.6 气动数据库设计手册的建立281

9.2.7 航天飞机气动数据库管理的经验教训287

9.3 气动数据库发展的新特点290

9.4 小结307

第10章 鲁棒设计技术308

10.1 概述308

10.2 鲁棒设计方法310

10.2.1 田口方法311

10.2.2 响应面方法312

10.2.3 基于鲁棒可行性的优化设计方法313

10.2.4 基于随机规划的鲁棒设计316

10.3 小型载人再人飞行器鲁棒设计317

10.3.1 设计方法概要317

10.3.2 设计因素试验设计318

10.3.3 鲁棒设计320

10.4 小结323

参考文献324