氣動布局是承載各類先進飛行器的外形載體，其優(yōu)劣直接影響飛行器的總體性能。高超聲速飛行是當前技術發(fā)展的前沿和熱點，其氣動外形究竟應該如何設計，應建立哪些設計理論及方法，成為高超聲速空氣動力研究者亟待回答的問題。雖然國內外科研工作者對高超聲速氣動布局技術的研究歷史久遠，研究成果眾多，但還缺少一本為讀者系統(tǒng)介紹從外流到內流、再到內外流一體化、然后到機體推進一體化的高超聲速氣動布局設計技術的書籍。本書針對以上需求，將作者開展的與高超聲速氣動布局相關的研究工作進行梳理和總結，希望能拋磚引玉，傳承和推動學術的發(fā)展。
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1996.09-2000.07 國防科技大學 空氣動力學 本科
2000.09-2002.12 國防科技大學 空氣動力學 碩士
2003.06-2007.06 中國空氣動力研究與發(fā)展中心 空氣動力學 博士2008.03-2010.03 西北工業(yè)大學 航空宇航 博士后
2010.03-2014.10 中國空氣動力研究與發(fā)展中心 飛行器設計 副研究員
2014.10-2015.10 英國巴斯大學 空氣動力學 訪問學者
2015.10-2018.12 中國空氣動力研究與發(fā)展中心 飛行器設計 副研究員
2018.12-2020.06 中國空氣動力研究與發(fā)展中心 飛行器設計 研究員
2020.06- 中國空氣動力研究與發(fā)展中心 飛行器設計 研究員高超聲速空氣動力學1. "Design and Analysis of Osculating General Curved Cone Wave rider" 《Aircraft engineering and aerospace technology》，第一作者，2017.12，SCI 000414979600006
2. "Point Vortex Model of Deflected Wakes of Oscillating Airfoils" 《AIAA Journal》，第一作者，2016.11，SCI 000386858800026
3. "Design methodology and experimental study of an innovative integrated waverider forebody inlet"《Chinese Journal of Aeronautics》，第一作者，2016.12，SCI 000393113300012
4. "曲外錐乘波體進氣道實用構型設計和性能分析"《航空學報》2017.6, 第一作者
5. "曲外錐乘波體進氣道的一體化設計和性能分析" 《推進技術》，第一作者
目錄
叢書序
前言
第1章 緒論1
1.1 高超飛行器的分類/1
1.2 高超聲速氣動布局的需求/4
1.2.1 可用高升阻比的需求/4
1.2.2 機體推進一體化的需求/4
1.2.3 寬域高性能的需求/5
1.3 本書的構架/6
參考文獻/8
第2章 高超聲速流動的空間推進求解9
2.1 多組分化學反應NS方程組/9
2.1.1 直角坐標系下的多組分化學反應NS方程組/9
2.1.2 控制方程的無量綱化及坐標變換/12
2.2 多組分化學反應拋物化NS方程組/14
2.3 拋物化NS方程組的偽時間迭代推進求解/18
2.3.1 推進面上的偽時間迭代方法/19
2.3.2 拋物化NS方程組的空間離散方法/20
2.3.3 空間推進步長的選取方法/21
2.4 空間推進方法驗證確認/21
2.4.1 空間推進求解超聲速層流流動的驗證與分析/21
2.4.2 空間推進求解超聲速湍流流動的驗證與分析/26
2.5 本章小結/28
參考文獻/29
第3章 最小阻力旋成體構型313.1流函數(shù)/31
3.2 氣動阻力/33
3.2.1 封閉體氣動阻力/33
3.2.2 前體/34
3.2.3 管狀前體/34
3.3 最小阻力封閉體/35
3.3.1 給定長度和體積/38
3.3.2 給定長度和中間點/39
3.4 最小阻力前體/40
3.4.1 子午線和阻力系數(shù)/42
3.4.2 給定長度和直徑/43
3.4.3 馮？卡門曲線/44
3.5 最小阻力管狀前體/46
3.5.1 子午線和阻力系數(shù)/47
3.5.2 給定長度和直徑/48
3.6 數(shù)值優(yōu)化最小阻力旋成體/49
3.6.1 優(yōu)化流程構建/50
3.6.2 優(yōu)化流程測試/52
3.6.3 不同馬赫數(shù)的優(yōu)化結果/53
3.6.4 不同長細比的優(yōu)化結果/56
3.7 本章小結/59
參考文獻/60
第4章 密切直激波乘波體63
4.1 直錐乘波體/64
4.1.1 直錐流場求解/64
4.1.2 直錐乘波流面追蹤/68
4.2 密切錐乘波體/70
4.2.1 密切錐乘波體的設計/70
4.2.2 密切錐乘波體的驗證/73
4.3 密切內錐乘波體/74
4.3.1 流線追蹤內錐基準流場/75
4.3.2 密切內錐乘波體設計/76
4.3.3 密切內錐乘波體流動分析/78
4.4 密切曲面錐乘波體/80
4.4.1 密切曲面錐乘波體的設計方法/81
4.4.2 曲面錐的特征線設計/82
4.4.3 密切曲面錐乘波體設計分析/84
4.4.4 密切曲面錐乘波體和密切錐乘波體的比較/88
4.5 本章小結/91
參考文獻/91
第5章 密切最小阻力錐乘波體93
5.1 超聲速二元等熵流場的特征線求解/93
5.1.1 內點單元過程/94
5.1.2 直接壁面點單元過程/97
5.1.3 激波點單元過程/98
5.2 最小阻力錐乘波體設計/99
5.2.1 最小阻力錐流場的特征線求解/99
5.2.2 密切最小阻力錐乘波體設計/102
5.3 密切乘波體的優(yōu)化對比/106
5.3.1乘波體設計狀態(tài)氣動性能評估/106
5.3.2乘波體容積系數(shù)的計算/109
5.3.3 乘波體優(yōu)化流程/110
5.3.4不同底部壓力對優(yōu)化結果的影響/111
5.3.5 乘波體的對比優(yōu)化/113
5.4 本章小結/115
參考文獻/116
第6章 高超聲速二元進氣道設計117
6.1 可控消波二元高超聲速進氣道流場結構/117
6.2 等熵無旋特征線控制方程/119
6.3 特征線控制方程的數(shù)值求解/122
6.3.1 流場內點求解過程/122
6.3.2 壁面點的求解/123
6.3.3 流場中激波點的求解/124
6.3.4 壁面激波點的求解/125
6.4 可控消波二元進氣道特征線設計過程/126
6.5 可控消波二元進氣道的設計應用/132
6.5.1 可控消波二維進氣道特征線設計/132
6.5.2 可控消波二維進氣道黏性邊界層修正/134
6.5.3 前緣鈍度對進氣道性能的影響/137
6.6 本章小結/139
參考文獻/139
第7章 三維內轉式高超聲速進氣道140
7.1 三維內轉式進氣道的基準流場/141
7.1.1 Busemann進氣道/141
7.1.2 軸對稱等熵逆置噴管流場/144
7.1.3 可控消波內轉式基準流場/150
7.1.4 圓形出口內轉式進氣道設計示例/153
7.2 微修型方轉圓進氣道的設計評估/155
7.2.1 圓形出口截面內收縮進氣道的設計/155
7.2.2 方形入口截面內收縮進氣道的設計/156
7.2.3 方轉圓進氣道的曲面融合設計/156
7.2.4 方轉圓進氣道的性能分析/158
7.3 微修型異型轉圓形進氣道設計/160
7.3.1 內收縮基準流場/160
7.3.2 改進的微修型設計方法/160
7.3.3 類水滴進氣道設計分析/162
7.4 類水滴進氣道試驗研究/163
7.4.1 試驗概況/163
7.4.2 進氣道通流特性/164
7.4.3 進氣道抗反壓特性/165
7.5 本章小結/167
參考文獻/167
第8章 一體化曲外錐乘波前體進氣道170
8.1 曲外錐乘波前體進氣道設計方法及性能分析/171
8.1.1 可控消波一體化曲外錐基準流場/171
8.1.2 一體化曲外錐乘波前體進氣道設計/171
8.1.3 理論構型性能分析/173
8.2 曲外錐乘波前體進氣道修型設計與仿真分析/177
8.2.1 幾何修型設計/177
8.2.2 幾何修型對性能影響分析/177
8.2.3 寬流動參數(shù)的幾何修型構型性能/180
8.3 一體化曲外錐乘波前體進氣道試驗研究/184
8.3.1 試驗系統(tǒng)介紹/184
8.3.2 流量捕獲特性/186
8.3.3 自起動特性/189
8.3.4 抗反壓性能/192
8.3.5 側滑角對性能的影響/193
8.3.6 試驗和仿真計算的對比驗證/195
8.3.7 馬赫數(shù)4和6通流狀態(tài)下的性能分析/197
8.4 本章小結/198
參考文獻/199
第9章 一體化曲內錐乘波前體進氣道201
9.1 密切曲內錐乘波前體進氣道設計分析/202
9.1.1 一體化曲內錐基準流場設計分析/202
9.1.2 OICCWI設計/204
9.1.3 OICCWI性能仿真分析/205
9.2 理論構型試驗研究/210
9.2.1 試驗基本情況/210
9.2.2 OICCWI通流特性測試及數(shù)值仿真對比/211
9.2.3 OICCWI邊界層修正試驗研究/214
9.3 幾何修型OICCWI試驗研究/217
9.3.1 試驗模型及試驗系統(tǒng)/217
9.3.2 起動與不起動特性/219
9.3.3 最大抗反壓特性/221
9.3.4 流量捕獲特性/222
9.4 本章小結/223
參考文獻/224
第10章 一體化最小阻力乘波體/內轉式進氣道226
10.1 最小阻力乘波體和內轉進氣道設計及分析/227
10.1.1 最小阻力錐乘波體設計/227
10.1.2 乘波體進氣道一體化設計方法/228
10.1.3 理論構型仿真分析/232
10.2 一體化乘波內轉式進氣道試驗研究/235
10.2.1 試驗模型及試驗系統(tǒng)/235
10.2.2 乘波體/進氣道自起動及抗反壓特性/238
10.2.3 乘波體進氣道流量捕獲特性/240
10.2.4 泄流孔對乘波體進氣道性能的影響/241
10.3 數(shù)值仿真與實驗對比/244
10.4 本章小結/248
參考文獻/249
第11章 雙模態(tài)沖壓燃燒室一維數(shù)值模擬250
11.1 雙模態(tài)沖壓燃燒室廣義一維控制方程/251
11.1.1 廣義一維歐拉方程/251
11.1.2 控制方程源項及組分的確定/255
11.2 數(shù)值計算方法/259
11.3 氫燃料雙模態(tài)燃燒室/262
11.3.1 計算模型和計算網(wǎng)格/262
11.3.2 數(shù)值模擬結果對比驗證/264
11.4 碳氫燃料一維燃燒室仿真/266
11.5 本章小結/267
參考文獻/267
第12章 高超聲速飛行器后體尾噴管研究269
12.1 高超聲速尾噴管設計流程構建/270
12.1.1 自動優(yōu)化循環(huán)流程/270
12.1.2 優(yōu)化工具的介紹/271
12.1.3 CFD分析工具驗證確認/272
12.2 二維尾噴管型面優(yōu)化/274
12.2.1 尾噴管參數(shù)化描述/274
12.2.2 原始噴管的氣動性能/276
12.2.3 單目標優(yōu)化結果及分析/276
12.2.4 多目標優(yōu)化結果及分析/277
12.3 三維尾噴管構型優(yōu)化結果分析/280
12.3.1 尾噴管三維型面參數(shù)化描述/280
12.3.2 多目標優(yōu)化結果/282
12.4 變比熱比尾噴流實驗相似率/283
12.4.1 噴流模擬相似參數(shù)/284
12.4.2 相似準則仿真模型和條件/285
12.4.3 冷態(tài)噴流模擬方案/286
12.4.4 熱態(tài)噴流模擬方案/288
12.5 內外流耦合高超飛行器尾噴流試驗/293
12.5.1 實驗模型/293
12.5.2 內外流實驗模擬方案/294
12.5.3 內噴流總壓調節(jié)及測壓精度分析/296
12.5.4 落壓比對噴流干擾的影響/297
12.5.5 外流馬赫數(shù)對噴流干擾的影響/299
12.5.6 非均勻內噴流和均勻內噴流干擾比較/300
12.5.7 噴流比熱比對內外流干擾的影響/301
12.6 本章小結/303
參考文獻/303
第13章 高超飛行器機體推進一體化設計優(yōu)化306
13.1 高超聲速二元進氣道多目標優(yōu)化/307
13.1.1 二元進氣道參數(shù)化建模/307
13.1.2 二維進氣道的設計優(yōu)化結果/307
13.1.3 軸對稱進氣道的設計優(yōu)化結果/309
13.2 高超聲速一體化飛行器設計優(yōu)化/312
13.2.1 一體化飛行器力系界面劃分/312
13.2.2 一體化飛行器參數(shù)化建模方案/313
13.2.3 馬赫數(shù)10氫燃料一體化飛行器優(yōu)化結果/315
13.2.4 馬赫數(shù)10碳氫燃料一體化飛行器優(yōu)化結果/318
13.2.5 馬赫數(shù)6碳氫燃料一體化飛行器優(yōu)化結果/320
13.3 典型一體化高超飛行器布局設計/324
13.3.1 一體化飛行器布局方案/324
13.3.2 一體化飛行器外流特性分析/325
13.3.3 一體化飛行器內流特性分析/328
13.4 本章小結/330
參考文獻/331
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