高超声速飞行器结构设计与实验技术

目录

丛书序

前言

第1章 绪论

11.1 高超声速技术发展脉络/1

1.1.1 美国高超声速技术的发展/3

1.1.2 俄罗斯高超声速技术的发展/9

1.2 结构、热防护与试验技术的发展/11

1.2.1 结构与热防护技术/12

1.2.2 试验技术的发展/19

1.3 小结/23

参考文献/24

第2章 高超声速飞行器气动力、热载荷环境设计理论 25

2.1 概述/25

2.2 高超声速飞行器气动载荷设计方法/27

2.2.1 高超声速飞行器气动载荷特点/27

2.2.2 静载荷/28

2.2.3 冲击载荷/32

2.2.4 噪声载荷/32

2.2.5 振动载荷/32

2.3 高超声速飞行器气动热环境设计方法/33

2.3.1 工程算法/33

2.3.2 数值模拟技术/38

2.3.3 局部热环境设计技术/50

2.3.4 转捩机制与判据/57

2.3.5 壁面催化特性与非平衡流动/61

2.4小结/65

参考文献/65

第3章 先进结构与防隔热材料技术 67

3.1 概述/67

3.2 国内外研究情况/68

3.2.1 先进结构复合材料/68

3.2.2 防热功能复合材料/69

3.2.3 隔热材料技术/73

3.3 结构与防热材料/81

3.3.1 树脂基复合材料/81

3.3.2 碳基复合材料/83

3.3.3 陶瓷基复合材料/85

3.4 高效隔热材料/86

3.4.1 纳米气凝胶隔热材料/86

3.4.2 陶瓷隔热瓦/88

3.4.3 柔性隔热材料/89

3.4.4 热透波材料/89

3.5 热密封材料微观结构及性能/91

3.6 温控材料工艺与实现/92

3.6.1 热屏蔽温控材料/92

3.6.2 热耗散温控材料/93

3.7 小结/95

参考文献/96

第4章 高超声速飞行器结构设计 97

4.1 概述/97

4.1.1 飞行器结构的功能/98

4.1.2 飞行器结构的分类/98

4.2 结构设计方法和设计流程/101

4.2.1 设计依据/101

4.2.2 设计准则/102

4.2.3 设计流程/103

4.2.4 设计思想和设计方法/103

4.3 结构设计内容/107

4.3.1 结构材料选用/108

4.3.2 结构构型设计/109

4.4 典型结构设计原理和工程实例/109

4.4.1 舱段结构设计/109

4.4.2 翼面和舵面结构设计/123

4.4.3连 接结构设计/126

4.5 小结/137

参考文献/137

第5章 临近空间飞行器先进材料体系力学分析理论 140

5.1 概述/140

5.2 金属材料强度评价方法/141

5.3 高温复合材料的细观结构特征及力学性能/143

5.3.1 高温复合材料力学特征/143

5.3.2 编织型复合材料的力学特征/145

5.4 高温复合材料强度性能与评价准则/150

5.4.1 复合材料非线性本构关系/150

5.4.2 纤维增强复合材料强度准则/153

5.4.3 编织复合材料内部缺陷的力学特性表征/165

5.5 结构动强度设计与评价方法/172

5.5.1 结构动力学设计原则/173

5.5.2 动态载荷对材料属性的影响规律/177

5.5.3 热噪声激励下典型结构的低频动响应分析/179

5.5.4 高频热噪声作用下的典型结构统计能量分析/183

5.5.5 陶瓷基复合材料冲击阻抗及损伤容限/185

5.6 高温复合材料力/热/氧耦合环境强度设计与分析技术/193

5.6.1 高温复合材料应力氧化机理及数学建模/193

5.6.2 热力氧耦合作用下高温复合材料力学特性/204

5.7 小结/218

参考文献/219

第6章 高超声速环境结构气动弹性设计及分析技术 220

6.1 概述/220

6.2 高超声速气动弹性发展/221

6.2.1 高超声速气动弹性试验研究/221

6.2.2 高超声速气动弹性理论研究/221

6.3 高超声速非定常气动力建模/222

6.3.1 气动力近似方法/222

6.3.2 基于CFD的高超声速非定常气动力计算方法/227

6.4 气动弹性分析方法/237

6.4.1 工程方法/239

6.4.2 降阶方法/241

6.4.3 数值方法/247

6.4.4 方法对比/259

6.5 气动伺服弹性分析方法/261

6.6 热气弹结构动力学特性分析/265

6.6.1 热环境下的结构刚度分析/265

6.6.2 热环境下的结构振动方程/266

6.6.3 热环境对结构动力学特性影响的定性分析/268

6.7 风洞颤振试验概述/269

6.8 气弹算例分析方法/272

6.8.1 复合材料壁板颤振分析方法研究/272

6.8.2 临近空间飞行器部件及全弹颤振分析/274

6.9 小结/276

参考文献/277

第7章 高超声速飞行器防隔热设计技术 278

7.1 概述/278

7.1.1 被动式热防护方案/279

7.1.2 半被动式热防护方案/281

7.1.3 主动式热防护方案/281

7.2 高超声速飞行器防热设计方法与设计流程/283

7.2.1 防热设计程序/283

7.2.2 设计输入分析和指标分解/284

7.2.3 防热试验设计/285

7.3 高超声速飞行器隔热设计方法与设计流程/286

7.3.1 设计依据/286

7.3.2 设计准则/286

7.3.3 设计程序/287

7.3.4 设计方法/287

7.3.5 试验项目/290

7.4 高超声速飞行器温控设计方法与设计流程/291

7.4.1 温控设计流程/291

7.4.2 温控指标确定/296

7.4.3 温控设计内容/297

7.4.4 温控验证方法/300

7.5 小结/302

参考文献/303

第8章 高超声速飞行器防隔热与热密封分析理论 304

8.1 概述/304

8.2 碳/碳材料防热机理与性能评价方法/305

8.2.1 碳的燃烧反应机理/305

8.2.2 碳氧反应的速率控制机理/309

8.2.3 碳氧反应的扩散速率控制机理/310

8.3 低烧蚀碳/碳材料防热机理与性能评价方法/315

8.3.1 氧化膜生成机制及生成条件/315

8.3.2 氧化膜气体扩散机制及模拟方法/318

8.3.3 氧化膜传热规律及工程等效方法/322

8.3.4 氧化膜失效机理及工程预测方法/325

8.3.5 典型地面试验工况的仿真分析/326

8.4 陶瓷基复合材料防热机理与性能评价方法/338

8.4.1 C/SiC烧蚀机理及计算方法/338

8.4.2 典型地面试验工况的仿真分析/390

8.5 树脂基复合材料防热机理与性能评价方法/396

8.5.1 树脂基材料分解机理及计算方法/396

8.5.2 典型地面试验工况的仿真分析/417

8.6 纳米隔热材料微细观结构特点与传热机理/429

8.6.1 纳米隔热材料导热计算方法/431

8.6.2 纳米隔热材料辐射特性/439

8.6.3 耦合传热模型及计算方法/447

8.7 纳米隔热材料宏观传热特性与热物性参数辨识算法/448

8.7.1 纳米隔热材料传热的模拟方法/449

8.7.2 导热系数参数辨识求解/450

8.7.3 辐射参数辨识方法/452

8.8 热密封结构作用机理及分析方法/456

8.8.1 热密封及多孔隔热材料传热特性分析/456

8.8.2 典型缝隙空腔复杂气体流动和传热模式分析/460

8.8.3 缝隙流场与腔体固体传热的耦合计算分析/461

8.8.4 陶瓷纤维毡类多孔材料中的热量传递模型和计算方法/469

8.8.5 填充密封材料的热密封结构的热量传递模型与计算方法/489

8.9 小结/491

参考文献/492

第9章 试验技术 493

9.1 概述/493

9.2 高超声速飞行器地面试验面临的难点与需求/493

9.2.1 热防护试验/493

9.2.2 力学试验/495

9.3 试验分类及其技术/497

9.3.1 气动热试验/499

9.3.2 防热（烧蚀）试验/501

9.3.3 高温氧化损伤试验/502

9.3.4 热结构热匹配试验/502

9.3.5 动/静态热密封试验/503

9.3.6 隔热温控试验/506

9.3.7 热静力复合试验/508

9.3.8 热振动复合试验/509

9.3.9 热噪声复合试验/511

9.3.10 舵结构系列试验/512

9.4 试验设施/514

9.4.1 高超声速风洞/514

9.4.2 长时间射流风洞/521

9.4.3 静态试验设备/526

9.5 测量技术/532

9.5.1 气动热测量测试技术/533

9.5.2 防隔热测量测试技术/546

9.5.3 应变测量技术/553

9.6 小结/571

参考文献/571

第10章 结束语 573