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