●第1章緒論1
1.1高超聲速飛行器氣動布局技術發展與面臨的挑戰1
1.1.1高超聲速飛行器概念1
1.1.2高超聲速飛行器氣動布局技術發展2
1.1.3高超聲速飛行器設計面臨的挑戰8
1.2新型高超聲速飛行器的氣動設計特點和流動特征9
1.2.1新型高超聲速飛行器的氣動設計特點9
1.2.2高超聲速飛行器的流動特征11
1.3高超聲速飛行器氣動設計問題13
1.3.1高超聲速飛行器氣動布局設計13
1.3.2高超聲速飛行器氣動性能評估與分析14
1.4高超聲速飛行器氣動設計支撐技術與本書內容18
參考文獻21
第2章數值方法23
2.1CFD技術在飛行器設計中的作用23
2.2控制方程與數值求解24
2.2.1流動控制方程24
2.2.2空間離散與通量計算25
2.2.3邊界條件27
2.2.4時間推進29
2.3網格生成技術31
2.3.1網格生成技術概覽31
2.3.2粘性自適應笛卡兒網格生成技術31
2.4湍流模型34
2.4.1RANS湍流模型35
2.4.2RANS/LES混合方法38
2.5轉捩預測技術40
2.5.1代數轉捩準則法40
2.5.2γReθ轉捩模型43
2.6大規模並行技術44
2.6.1分布式並行計算44
2.6.2異構平臺擴展45
2.7高溫真實氣體效應模擬45
2.7.1平衡氣體模型46
2.7.2熱化學非平衡數值模擬46
2.8計算方法的新發展48
2.8.1高階間斷伽遼金方法49
2.8.2非結構網格自適應技術50
2.9應用實例52
2.9.1高超聲速雙錐分離流動52
2.9.2鳳凰號火星探測器高超聲速氣動特性計算54
2.9.3三維非對稱雙楔超聲速流動57
參考文獻59
第3章高超聲速流動快速高效數值方法64
3.1PNS方程65
3.2空間推進求解適定性66
3.3數值求解方法70
3.3.1流向無粘通量離散方法71
3.3.2橫向無粘通量離散方法71
3.3.3粘性通量離散方法75
3.3.4流向積分方法76
3.4PNS方程方法準確性及高效性驗證78
3.4.1超聲速平板流動78
3.4.2尖錐流動82
3.4.3類航天飛機繞流87
3.4.4類HTV2飛行器流動91
參考文獻96
第4章CFD程序驗證與確認方法97
4.1基本概念97
4.2驗證方法99
4.2.1代碼驗證100
4.2.2誤差估計105
4.3模型確認111
4.3.1確認試驗的設計與執行112
4.3.2確認活動組織113
4.3.3確認尺度的構建116
4.4驗證與確認實例124
4.4.1驗證過程124
4.4.2確認過程130
參考文獻138
第5章高超聲速復雜氣動效應與氣動力數據天地相關性140
5.1高超聲速復雜氣動效應140
5.1.1馬赫數效應140
5.1.2粘性干擾效應141
5.1.3高溫真實氣體效應144
5.1.4稀薄氣體效應145
5.1.5流態差異效應147
5.2氣動力數據天地換算方法147
5.2.1氣動力數據天地差異的關鍵影響因素149
5.2.2氣動力數據天地相關性理論150
5.2.3氣動力數據天地換算方法156
5.3氣動力數據不確定度量化方法165
5.3.1風洞試驗氣動力數據不確定度量化方法165
5.3.2CFD氣動力數據不確定度量化方法170
5.3.3高超聲速飛行器CFD氣動力數據不確定度量化實例175
參考文獻178
第6章飛行器非定常與動態特性計算方法181
6.1飛行器非定常與動態氣動問題及數值模擬技術的發展趨勢181
6.1.1動穩定性參數181
6.1.2旋轉空氣動力學效應183
6.2動穩定性導數預測理論183
6.2.1氣動穩定性導數理論基礎與非定常氣動力模型183
6.2.2常用的動穩定性導數與坐標繫定義184
6.3動穩定性導數的計算技術185
6.3.1基於當地活塞理論的氣動導數攝動法185
6.3.2準定常旋轉法188
6.3.3基於非定常數值模擬的動導數預測方法188
6.3.4時間譜方法193
6.4動穩定性導數方法驗證與分析197
6.4.1Finner標模197
6.4.2HBS標模199
6.4.3Genesis外形201
6.4.4大升力體外形202
6.4.5類X37B外形207
6.5旋轉空氣動力學效應的數值預測技術209
參考文獻212
第7章高超聲速飛行器多體分離數值模擬方法215
7.1概述215
7.2多體分離數值預測方法218
7.2.1控制方程組218
7.2.2網格技術220
7.2.3流體運動方程與剛體運動方程耦合求解228
7.2.4時間/空間離散方法229
7.2.5幾何守恆律232
7.2.6並行算法235
7.3飛行器分離計算實例239
7.3.1投放(拋撒)分離239
7.3.2整流罩分離251
7.3.3級間分離254
參考文獻256
第8章高超聲速飛行器氣動布局優化方法258
8.1設計方法簡述258
8.2優化模型259
8.3氣動外形參數化建模與網格生成方法261
8.3.1外形參數化建模261
8.3.2網格自動生成263
8.4優化方法264
8.4.1優化算法與靈敏度計算264
8.4.2基於近似模型的優化設計方法267
8.5優化平臺270
8.5.1需求與功能270
8.5.2航天飛行器外形優化設計平臺271
8.6優化案例276
8.6.1返回艙外形多目標優化設計276
8.6.2類HTV2高超聲速飛行器外形氣動力/熱綜合優化設計279
8.6.3高超聲速機動飛行器外形氣動優化設計285
……

本書以高超聲速飛行器關鍵空氣動力學問題為主線，繫統總結了高超聲速飛行器氣動設計與評估的相關基礎理論、方法及工程應用實效，全面介紹了高效高精度數值模擬方法與物理模型、CFD方法驗證與確認、復雜氣體物理效應、數據天地相關性、非定常動態與多體分離仿真等氣動評估技術的近期新成果。