第1章 总体背景 1
1.1引言 1
1.2历史概述 2
1.2.1起源 2
1.2.2 Nord-Aviation Griffon Ⅱ涡轮冲压发动机飞机 4
1.2.3冲压发动机导弹 6
1.2.4 NASA高超声速冲压发动机试验和X-15火箭发动机研究飞机 9
1.2.5俄罗斯缩尺模型飞行试验 10
1.2.6回顾 11
1.3前瞻 11
1.3.1德国Sanger航天运输系统 13
1.3.2美国国家空天飞机 15
1.4技术概述 16
1.4.1冲压发动机 17
1.4.2超燃冲压发动机 17
1.4.3发动机与飞行器一体化 18
1.4.4高超声速吸气式推进提出的挑战 19
参考文献 20
第2章 技术背景 22
2.1引言 22
2.2单位 23
2.3大气飞行 24
2.4大气 25
2.4.1大气静温 25
2.4.2空气［动力］黏度 25
2.4.3空气热传导 26
2.4.4大气静压 27
2.4.5动压和高超声速飞行器飞行轨迹 28
2.4.6单位面积自由流的质量流量 30
2.4.7自由流雷诺数 31
2.4.8自由流克努森（Knudsen）数 32
2.4.9大气性质的代表值 33
2.4.10告诫设计者 33
2.5平衡空气化学 34
2.5.1完全平衡与完全气体假设 34
2.5.2空气平衡行为 35
2.6气动热力学控制方程 39
2.6.1假设 40
2.6.2一般有限元控制体分析 40
2.6.3一般微分控制体分析 51
2.6.4 H-K图 60
2.6.5超燃冲压发动机和冲压发动机气动热力学 60
2.7计算流体动力学 62
2.7.1 CFD在设计和分析中的作用 64
2.7.2关于CFD的告诫 65
2.7.3设计可信度 67
2.7.4结束语 70
2.8定义高超声速流 71
参考文献 73
习题 75
第3章 高超声速航天系统性能 80
3.1引言 80
3.2吸气式发动机性能度量 80
3.2.1比推力 80
3.2.2比燃料消耗 81
3.2.3比冲 81
3.2.4燃料/空气比 82
3.2.5吸气式发动机总体效率 82
3.2.6性能度量间的相互关系 84
3.2.7吸气式发动机性能度量举例 85
3.3火箭性能度量 86
3.4航天系统性能度量 87
3.4.1燃料质量百分数 88
3.4.2空机质量百分数 96
3.4.3初始质量比 97
3.4.4吸气式发动机要求的总体效率 99
3.4.5多级飞行器 100
3.5扼要重述 104
参考文献 105
习题 105
第4章 高超声速吸气式发动机性能分析 109
4.1引言 109
4.2热力学闭循环分析 111
4.2.1热力学循环效率 113
4.2.2最大可允许压缩温度 115
4.2.3燃烧室入口马赫数的限制 116
4.2.4吸气式发动机性能度量 117
4.3热力学第一定律分析 119
4.3.1热力学过程假设 120
4.3.2热力学过程分析 120
4.3.3第一定律分析结果 123
4.4气流推力分析 127
4.4.1吸气式发动机未装机推力 127
4.4.2部件分析 129
4.4.3气流推力分析结果 132
4.4.4组合超燃冲压发动机案例 139
4.5态势评估 141
参考文献 142
习题 142
第5章 压缩系统或部件 145
5.1引言 145
5.2压缩部件 145
5.3压缩部件分析概述 148
5.4压缩部件性能度量 149
5.4.1总压比 150
5.4.2动能效率 151
5.4.3无量纲熵增 153
5.4.4压缩部件性能度量小结 155
5.5压缩部件性能 155
5.5.1压缩部件流场分析 155
5.5.2绝热压缩效率 158
5.5.3边界层摩擦的影响 159
5.5.4试验数据 162
5.5.5由总体测量确定压缩效率 164
5.5.6热交换对压缩效率影响 169
5.6燃烧室进口压力 170
5.7压缩部件空气动力现象 172
5.7.1前缘斜激波几何 172
5.7.2激波-边界层分离 173
5.7.3进气道起动过程 178
5.7.4进气道不起动 183
5.7.5进气道隔离段 183
5.7.6最大收缩比 187
5.8压缩部件CFD算例 188
5.8.1侧壁压缩进气道研究 188
5.8.2出口气流的化学状态 191
5.9结论 194
参考文献 194
习题 196
第6章 燃烧系统过程和部件 202
6.1引言 202
6.1.1燃烧化学计量比 202
6.2燃料和空气混合 204
6.2.1基本概念和定义 204
6.2.2燃料和空气在平行气流中混合 205
6.2.3局部混合“良好度“的定量测量 210
6.2.4湍流剪切层时间平均特性 213
6.2.5湍流剪切/混合层混合 216
6.2.6轴向混合“效率” 220
6.2.7燃料法向注射混合 222
6.2.8轴向旋涡混合 223
6.2.9燃料和空气混合小结 226
6.3燃烧化学 227
6.3.1平衡的概念和定义 227
6.3.2理想气体混合物热力学平衡 228
6.3.3化学动力学 232
6.3.4等压批反应物理和计算方法 236
6.4混合与化学动力学的结合 237
6.4.1轴向性质变化“一维化” 239
6.4.2轴向燃烧效率 240
6.5燃烧系统的气动热力学 241
6.5.1双模态燃烧系统 242
6.5.2双模态系统的因和果 246
6.5.3隔离段控制体分析 248
6.5.4燃烧室一维分析 251
6.5.5隔离段-燃烧室相互作用系统分析 257
6.5.6试验数据解释 262
6.6燃烧室CFD算例 269
6.7结束语 275
参考文献 277
习题 280
第7章 膨胀系统或部件 283
7.1引言 283
7.2典型膨胀部件构型 283
7.2.1理想高超声速喷管构型 283
7.2.2高超声速膨胀系统构型 286
7.3理想膨胀部件分析 286
7.4膨胀部件性能 290
7.5膨胀部件性能度量 295
7.5.1总压比 295
7.5.2速度系数 296
7.5.3无量纲熵增 297
7.5.4膨胀部件性能度量总结 298
7.5.5试验资料 300
7.5.6出口平面气流发散系数 301
7.5.7毛推力系数 301
7.5.8净推力系数 302
7.5.9非平衡化学考虑 303
7.6膨胀部件CFD算例 306
7.7结论 309
参考文献 309
习题 310
第8章 吸气式推进系统 313
8.1引言 313
8.2实际超燃冲压发动机性能 313
8.2.1气流推力分析修改 313
8.2.2气流推力分析结果 314
8.3由动能效率估算性能 316
8.4吸气式发动机装机推力 319
8.4.1分体式或茧式吸气式发动机 320
8.4.2一体化吸气式发动机 322
8.4.3附加阻力和外部阻力 323
8.5推力增量 324
8.5.1引射冲压发动机 325
8.5.2外部燃烧 329
8.5.3燃料和氧化剂增富 331
8.6组合循环吸气式发动机 332
8.6.1涡轮冲压发动机 333
8.6.2液化空气循环发动机 338
8.6.3逆循环发动机 342
8.7小结 343
参考文献 344
习题 344
第9章 几个高超声速吸气式推进专题 349
9.1引言 349
9.2发动机结构 349
9.3热应力 362
9.3.1材料性质 364
9.3.2热应变 367
9.3.3壁温差 367
9.4系统冷却要求 367
9.4.1燃料性质 369
9.4.2吸热燃料 370
9.5环境影响 372
9.5.1低空飞行 372
9.5.2高空运行 372
9.6发动机子系统 377
9.7飞行器稳定性和控制 379
9.8高超声速吸气式推进试验 383
9.8.1连续流地面试验 384
9.8.2暂冲式地面试验 387
9.8.3脉冲流地面试验装置 389
9.8.4磁流体动力加速器 391
9.8.5飞行试验 391
9.8.6仪器测量 392
9.8.7 CFD算例：自由活塞激波风洞 394
9.8.8何去何从 395
9.9斜爆震波推进 396
9.9.1斜爆震波发动机（ODWE）理论 396
9.9.2冲压加速器 399
9.10课程结束 400
参考文献 401
习题 403
专门名词 408
附录A 417
A.1基本定义和常数 417
A.2单位转换因子 418
附录B美国标准大气（1976） 419
B.1英制单位（BE） 419
B.2国际单位（SI） 422
彩图 425