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第1章 概论 1

1.1 高超声速气动力试验发展概况 1

1.2 高超声速流动特征 4

1.3 高超声速气动力试验的任务及一般要求 11

1.4 高超声速气动力试验的研究方法及主要试验技术 15

1.5 高超声速气动力试验在航天飞行器发展中的作用和地位 20

参考文献 24

第2章 高超声速气动力试验的基本理论和相似准则 25

2.1 相似理论 25

2.1.1 量纲分析 26

2.1.2 相似定理 31

2.1.3 常用的相似参数 35

2.2 坐标系及其坐标转换 38

2.2.1 坐标系的定义 38

2.2.2 角度的定义 39

2.2.3 力矢量和力矩矢量方向的定义 40

2.2.4 基本转换矩阵的定义 41

2.2.5 坐标系转换路径 42

2.2.6 坐标系转换关系 42

2.3 高超声速风洞气动力试验模拟准则 45

2.4 喷流干扰试验模拟准则 47

2.5 低密度风洞气动力试验模拟准则 49

2.5.1 玻耳兹曼方程及其边界条件 49

2.5.2 相似参数和流态划分 50

2.5.3 低密度高超声速风洞气动力试验模拟准则 53

2.6 模型自由飞气动力试验模拟准则 54

参考文献 55

第3章 高超声速地面模拟试验设备概况 56

3.1 国内外风洞设备概况 56

3.1.1 高超声速风洞设备种类 57

3.1.2 国内外高超声速风洞概况 63

3.2 国内典型风洞地面模拟试验设备性能 64

3.2.1 常规高超声速风洞 64

3.2.2 激波风洞 70

3.2.3 高超声速推进风洞 75

3.2.4 超高速自由飞弹道靶 80

3.2.5 高超声速低密度风洞 83

参考文献 87

第4章 高超声速风洞流场校测 89

4.1 气动力试验对风洞气流品质的要求 89

4.1.1 风洞流场品质对气动力试验影响 89

4.1.2 风洞流场品质的基本要求 92

4.2 流场校测 93

4.2.1 喷管壁面轴向马赫数分布测量 93

4.2.2 稳定段总温分布和总压分布测量 94

4.2.3 喷管出口截面边界层位移厚度测定 94

4.2.4 试验段速度场校测 95

4.2.5 试验段温度场校测 97

4.2.6 试验段方向场校测 97

4.2.7 标准模型试验 98

4.3 数据处理方法 103

4.3.1 试验段速度场校测数据处理 103

4.3.2 稳定段和试验段温度场校测数据处理 105

4.3.3 喷管出口截面边界层位移厚度测定数据处理 106

4.3.4 典型流场校测结果 109

4.4 改善风洞流场品质的方法 111

附录 计及温度对比热比影响的热力学完全气体流动参数计算公式 112

参考文献 116

第5章 高超声速气动力试验模型设计 118

5.1 高超声速气动力试验模型设计一般要求 118

5.1.1 模型设计的基本要求 118

5.1.2 模型在风洞中的位置 119

5.1.3 模型的支撑 119

5.1.4 模型结构的一般要求 120

5.1.5 模型和支杆的强度要求 121

5.1.6 模型和支杆的刚度要求 121

5.1.7 模型的精度要求 122

5.2 高超声速风洞气动力试验模型设计 123

5.2.1 常规高超声速风洞试验模型设计 123

5.2.2 推进风洞试验模型设计 126

5.2.3 低密度风洞试验模型设计 127

5.3 激波风洞试验模型设计 129

5.3.1 模型材料及缩比的选择 129

5.3.2 模型连接部分设计 130

5.3.3 模型外形设计 131

5.4 自由飞弹道靶模型设计 131

5.4.1 弹道靶模型设计要求 131

5.4.2 模型设计的基本原则 133

5.4.3 模型尺寸的限制 134

5.4.4 模型的结构要求 134

5.4.5 模型的强度要求 134

5.4.6 模型表面粗糙度 135

5.4.7 模型的精度要求 135

5.4.8 弹托设计要求 136

5.5 喷流干扰气动力试验模型设计 137

5.5.1 喷流干扰模型设计基本要求 137

5.5.2 冷气喷流试验模型设计 138

5.5.3 热气喷流试验模型设计 141

参考文献 142

第6章 风洞天平及其校准 144

6.1 引言 144

6.2 压电天平及其校准 145

6.2.1 压电天平 145

6.2.2 压电天平设计 149

6.2.3 压电天平的校准 155

6.3 微量天平及其校准 160

6.3.1 微量天平设计 160

6.3.2 微量天平校准 164

6.4 中温天平 167

6.4.1 中温天平设计 167

6.4.2 温度补偿及修正 168

6.4.3 中温天平校准 170

6.4.4 水冷天平 171

6.5 其他特种测力天平 172

6.5.1 铰链力矩天平 173

6.5.2 推力测量天平 174

6.5.3 表面摩阻天平 175

6.5.4 喷流试验天平 177

6.5.5 压心天平 179

6.5.6 小滚转力矩天平 180

参考文献 181

第7章 试验技术 182

7.1 试验程序和一般试验方法 182

7.2 全模测力试验 186

7.2.1 全模测力试验的一般做法 186

7.2.2 不同高超声速风洞全模测力试验的特殊性 189

7.3 压力分布测量试验 189

7.4 模型自由飞试验 191

7.4.1 激波风洞中模型自由飞试验 191

7.4.2 高超声速推进风洞中模型自由飞试验 195

7.5 喷流干扰试验 196

7.5.1 模拟方法 197

7.5.2 喷流模型及装置 198

7.6 高超声速进气道试验 198

7.6.1 研究内容和试验目的 199

7.6.2 试验方法 199

7.7 铰链力矩试验 203

7.7.1 试验方法 203

7.7.2 应注意的问题 205

7.8 动稳定性试验 206

7.8.1 自由振动法 206

7.8.2 自由滚转试验技术 212

7.8.3 自由翻滚试验技术 213

7.8.4 强迫振动试验技术 215

7.8.5 风洞模型自由飞试验技术 216

7.8.6 参数辨识技术 217

7.9 级间分离及多体分离试验 219

7.9.1 无喷级间分离试验 220

7.9.2 有喷级间分离试验 222

7.9.3 轨道器分离试验 224

7.10 小滚转力矩／小不对称气动特性试验 225

7.10.1 天平直接测量法 225

7.10.2 自由滚转法 226

7.10.3 气浮轴承加天平法 226

7.10.4 角度、同轴度的影响 227

参考文献 228

第8章 试验数据的处理与分析 229

8.1 对数据采集与处理系统的要求 229

8.1.1 连续式风洞试验数据采集与处理系统 237

8.1.2 脉冲风洞试验数据采集与处理系统 243

8.2 风洞试验数据的处理 245

8.2.1 流场参数计算 245

8.2.2 天平坐标系载荷计算 247

8.2.3 体轴系载荷计算 248

8.2.4 角度的计算方法 251

8.2.5 模型自重修正 255

8.2.6 体轴系和风轴系的气动系数计算 256

8.2.7 非滚转体轴系和非滚转风轴系的气动系数计算 259

8.2.8 静态气动导数计算和截距修正 260

8.2.9 角度圆整化方法 261

8.2.10 试验数据的拟合和插值方法 261

8.2.11 重复性试验结果的平均值及均方根误差计算 263

8.2.12 对数据文件总体要求 263

8.3 风洞试验数据不确定度分析及质量评估 266

8.3.1 误差理论 266

8.3.2 风洞试验数据误差计算公式 274

8.3.3 误差源分析 287

8.3.4 对风洞试验数据的不确定度要求 289

8.3.5 影响试验数据准度因素分析 290

参考文献 293

第9章 弹道靶气动力试验 295

9.1 引言 295

9.2 弹道靶气动力试验的特点 296

9.3 常用的坐标系 298

9.3.1 地球固连坐标系（OdXdYdZd） 298

9.3.2 物体固连坐标系（OwXwYwZw） 298

9.3.3 模型定向固连平面坐标系（OpXpYpZp） 300

9.3.4 弹道坐标系（ObXbYbZb） 302

9.4 自由飞物体的运动方程 302

9.4.1 飞行动力学 303

9.4.2 作用在飞行器上的力和力矩 310

9.4.3 运动微分方程组 316

9.4.4 三周期法 320

9.5 测定阻力系数的技术 328

9.5.1 常系数情况 328

9.5.2 变系数情况 329

9.6 其他气动力特性的测量 331

9.7 弹道靶气动力参数辨识 337

9.7.1 参数辨识方法 339

9.7.2 系统数学模型 340

9.7.3 气动力数学模型 342

9.7.4 参数估计 343

9.7.5 灵敏度方程组 348

9.7.6 弹道靶上的具体应用 351

9.8 误差分析 353

附录 微分修正的最小二乘法 357

参考文献 361

第10章 高超声速气动力试验的发展 362

10.1 高超声速飞行器的新发展 362

10.1.1 天地往返运输系统 362

10.1.2 战略导弹再入弹头 365

10.1.3 远程战术及攻防对抗武器 367

10.1.4 航空支援轨道转换飞行器 371

10.1.5 小型低轨道卫星 371

10.1.6 设想中的高超声速运输机 372

10.2 高超声速气动力试验的热点问题 373

10.3 高超声速气动力试验的发展趋势 377

参考文献 379