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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