定 價:120 元
叢書名:國家出版基金項目“十三五”國家重點出版物出版規(guī)劃項目
- 作者:張堃元編著
- 出版時間:2019/3/1
- ISBN:9787118116243
- 出 版 社:國防工業(yè)出版社
- 中圖法分類:V228.7
- 頁碼:259頁
- 紙張:膠版紙
- 版次:1
- 開本:16K
本書共分10章。第1章從高超聲速進氣道的發(fā)展簡史,引出了曲面壓縮概念;第2章介紹了曲面壓縮系統(tǒng)氣動力學基礎問題簡化求解方法;第3章介紹了幾種二維彎曲激波曲面壓縮面的正設計方法;第4章介紹了第一類反設計,即由出口氣流參數(shù)分布逆流向設計壓縮流道的過程;第5章集中介紹了第二類反設計的詳細流程,即指定壓縮面壓強或馬赫數(shù)分布設計彎曲激波曲面壓縮系統(tǒng);第6章介紹了內轉進氣道各種軸對稱基準流場的第二類反設計方法;第7章是曲面壓縮高超聲速二維、軸對稱、三維側壓和內轉進氣道的設計方法和設計實例;第8章介紹了自適應變幾何彈性曲面壓縮進氣道新概念;第9章是進氣道阻力分析和減阻設計;第10章則是曲面壓縮的發(fā)展和應用展望。
什么是曲面壓縮?簡言之,就是讓所有壓縮面都參與對超聲速氣流壓縮的壓縮方式,用□通俗但不嚴密的話講,就是讓氣流在“每一寸壓縮面上”都受到壓縮。曲面壓縮通常伴隨著彎曲激波,等熵壓縮是曲面壓縮的特例。
高超聲速指的是飛行馬赫數(shù)高于5的飛行速度范圍。隨著高超聲速技術特別是超燃沖壓發(fā)動機技術的快速發(fā)展,高超聲速進氣道設計也面臨著一系列挑戰(zhàn)性問題,如進氣道與燃燒室的一體化設計、進氣道與飛行器前體的一體化設計、進氣道巡航狀態(tài)性能與寬范圍工作性能的矛盾、流道邊界層分離和流態(tài)的控制、壓縮面的減阻等。
彎曲激波一曲面壓縮概念的提出為解決這些問題提供了新的途徑。研究表明,曲面壓縮進氣道在降低總壓損失、縮短長度、避免邊界層分離、改善非設計點性能、降低阻力、耐受非均勻來流等方面均存在優(yōu)勢,因此逐漸受到人們關注,對這種流場的設計方法、性能與應用已進行了多方面的探索和詳細的研究,并取得了豐碩的成果。
需要指出的是,本書討論的高超聲速進氣道曲面壓縮概念□初源自20世紀90年代初作者在德國宇航中心的研究。20世紀80年代已有的研究表明,一體化設計高超聲速飛行器的前體邊界層對機腹進氣的高超聲速進氣道性能有重大影響,□嚴重的情況下,邊界層厚度甚至可以占整個進氣口高度的1/2以上,采用單純的邊界層排移或吸除代價太大甚至得不償失,因此進氣道的設計應該考慮來流邊界層的流動非均勻性對高超聲速進氣道流動的影響,應該考慮如何采取措施減緩對進氣道性能的不利影響,當年作者在DLR的數(shù)值模擬結果發(fā)現(xiàn)曲面壓縮較平面壓縮似乎更為有利;貒笳滴覈863 -2計劃的研究蓬勃開展之際,配合863計劃的研究,在國家自然科學基金“高超聲速進氣道來流附面層處理的研究”(19082008)項目的資助下,就此問題展開進一步研究。之后,除了繼續(xù)承擔863 -2計劃的高超聲速進氣道研究之外,還連續(xù)在幾個國家自然科學基金“高超聲速一體化設計側壓式進氣道研究”(19282007)、“非均勻高超聲速進氣道研究”(19582003)和“雙模態(tài)超燃沖壓發(fā)動機進氣系統(tǒng)研究”(19882002)項目的資助下,配合863計劃的深入進行,就高超聲速進氣道的基礎性關鍵問題展開研究,發(fā)現(xiàn)曲面壓縮面對非均勻來流的適應能力較強,且具有一定的“糾偏”能力,對提高一體化設計的高超聲速進氣道性能有利。21世紀初與□□□□□力學研究所的高超聲速進氣道合作科研上,力學研究所研究員張新宇希望在國內首座燃燒加溫的自由射流高超聲速風洞上,在菱形區(qū)內提供盡可能大尺寸的高性能高超聲速進氣道模型氣動設計。在這種具體需求的牽引下,作者嘗試多種可能構思后,忽然頓悟是否有可能利用當年源自德國宇航中心的研究成果,結合這幾年的探索,將二維平面斜楔壓縮由平面變?yōu)榘记,采用比純等熵壓縮更大的曲率,用無限多級斜楔代替有限級數(shù)的斜楔壓縮,讓等熵壓縮波依次交匯并迫使首道斜激波彎曲,在滿足激波封口的原則下,這樣不僅縮短了壓縮面長度,而且在局促的空間約束下模型可以做得較大。引入了部分的等熵壓縮替代純激波壓縮,等熵壓縮與激波壓縮的比例可以根據(jù)需要加以調節(jié)和控制,與傳統(tǒng)的超聲速氣流壓縮方式相比,綜合氣動性能和設計方法的靈活性□□優(yōu)勢。曲面壓縮的這一具體應用當時真有“柳暗花明又一村”之感。
進入21世紀,在國家自然科學基金重大研究計劃“近空間飛行器關鍵基礎科學問題”的重點項目“高超聲速氣流新概念壓縮系統(tǒng)研究”(90916029)的資助下,作者課題組對這種彎曲激波一曲面壓縮系統(tǒng)開展了比較系統(tǒng)、深入的研究。課題組經(jīng)過近20年20余名博士、碩士研究生的不懈努力,發(fā)現(xiàn)彎曲激波一曲面壓縮這種壓縮方式很有特色,至今已發(fā)展了高超聲速壓縮面多種由壓縮面氣動參數(shù)分布到型面設計和逆流向反設計的設計方法,并形成了高超聲速二維進氣道、高超聲速軸對稱進氣道、高超聲速側壓式進氣道和高超聲速內轉進氣道的完整的曲面壓縮進氣道反設計方法,獲得了綜合性能優(yōu)良的進氣道氣動構型,這種新型的設計方法已經(jīng)在高超聲速吸氣式發(fā)動機的實際氣動設計中得到了應用。本書全面地介紹了彎曲激波一曲面壓縮特殊壓縮方式的研究歷程、工作特點、性能計算和氣動構型的設計方法。高超聲速進氣道的阻力也是人們關注的問題之一,本書也介紹了進氣道□小阻力的估算方法和曲面壓縮的減阻效果。
□□章 概述
1.1 高超聲速進氣道發(fā)展的簡要歷程
1.2 彎曲激波一曲面壓縮概念和新的設計理念
1.3 高超聲速進氣道的性能評估
1.4 本書的主要內容
第2章 二維彎曲激波曲面壓縮流場的計算與分析方法
2.1 二維彎曲激波壓縮流場的近似計算方法
2.1.1 基本流動單元下游參數(shù)的計算
2.1.2 彎曲激波壓縮流場近似計算
2.2 基于流動控制方程的分析
2.3 采用特征線法計算流場
第3章 二維彎曲激波曲面壓縮型面的正設計方法
3.1 二次函數(shù)形式的二維曲面壓縮型面
3.1.1 設計方法
3.1.2 壓縮性能分析
3.2 指定壁面角度變化規(guī)律的壓縮型面
3.2.1 設計方法
3.2.2 壓縮性能分析
3.3 等熵壓縮型面的坐標變換
3.3.1 設計方法
3.3.2 變換后的流場特征
3.3.3 同常規(guī)等熵壓縮幾何方式截短壓縮面的對比
第4章 指定出口氣動參數(shù)的壓縮通道反設計
4.1 根據(jù)出口氣動參數(shù)反設計的基本構思
4.2 二維曲面壓縮通道反設計方法與實驗驗證
4.2.1 給定出口參數(shù)的反設計方法
4.2.2 二維曲面壓縮通道反設計的試驗驗證
4.3 多道彎曲激波的反設計
4.3.1 兩道彎曲激波
4.3.2 三道彎曲激波
4.4 三維通道的反設計
第5章 指定壁面氣動參數(shù)的彎曲激波壓縮型面反設計
5.1 反設計方法
5.2 指定壁面壓強分布的彎曲壓縮型面
5.2.1 壓強分布的設定
5.2.2 壓縮性能分析
5.2.3 性能優(yōu)化
5.3 指定壁面馬赫數(shù)分布的壓縮型面
5.3.1 指定壁面馬赫數(shù)分布的意義
5.3.2 性能分析
5.4 壁面不同氣動參數(shù)組合的壓縮型面
5.4.1 設計方法
5.4.2 組合壓縮面氣動性能分析
第6章 指定壁面氣動參數(shù)的軸對稱基準流場反設計
6.1 從氣動參數(shù)分布到壁面造型的設計方法
6.2 等壓力梯度軸對稱基準流場參數(shù)分析
6.2.1 前緣壓縮角6的影響分析
6.2.2 中心體半徑的影響分析
6.3 二次曲線壓強分布的基準流場
6.3.1 二次曲線壓升規(guī)律
6.3.2 基準流場的存在條件
6.3.3 系數(shù)α的影響
6.3.4 系數(shù)b的影響
6.4 反正切曲線壓升規(guī)律基準流場
6.4.1 幾種壓升規(guī)律基準流場的對比
6.4.2 反正切曲線壓升規(guī)律參數(shù)化研究
6.4.3 反正切曲線壓升規(guī)律基準流場研究小結
6.5 反正切馬赫數(shù)分布的軸對稱基準流場研究
6.5.1 典型馬赫數(shù)分布規(guī)律的基準流場比較
6.5.2 反正切馬赫數(shù)分布的基準流場特征
6.5.3 反正切馬赫數(shù)分布的基準流場參數(shù)化研究
6.5.4 反正切馬赫數(shù)分布的基準流場敏感度分析
6.5.5 反正切馬赫數(shù)分布的基準流場優(yōu)化設計
6.6 采用新型中心體構型減弱反射波
6.6.1 下凹圓弧型中心體
6.6.2 彌散反射激波中心體的基準流場設計
6.7 給定激波配置的馬赫數(shù)分布可控軸對稱基準流場
6.7.1 給定激波配置的“兩波三區(qū)”基準流場設計與特征
6.7.2 雙彎曲入射激波基準流場設計方法
第7章 高超聲速彎曲激波壓縮進氣道的反設計與試驗
7.1 三段壓升反設計曲面壓縮二維進氣道
7.1.1 進氣道設計方法
7.1.2 進氣道模型風洞試驗
7.2 全流道壓升反設計曲面壓縮二維進氣道
7.2.1 設計方法
7.2.2 進氣道模型風洞試驗
7.3 三段壓升反設計曲面壓縮軸對稱進氣道
7.3.1 設計方法
7.3.2 進氣道模型風洞試驗
7.4 等馬赫數(shù)梯度反設計曲面壓縮側壓式進氣道
7.4.1 設計方法
7.4.2 進氣道模型風洞試驗
7.5 反正切壓升反設計曲面壓縮矩形轉圓內轉進氣道
7.5.1 進氣道設計方法
7.5.2 進氣道模型風洞試驗
7.□ □波四區(qū)反設計曲面壓縮內轉進氣道
7.6.1 進氣道設計方法
7.6.2 進氣道模型風洞試驗
第8章 高超聲速自適應變幾何曲面壓縮進氣道概念
8.1 幾種可控變形的彈性曲面壓縮進氣道方案研究
8.1.1 反饋式供氣單壓力腔驅動可控變形方案
8.1.2 多點驅動可控變形方案
8.1.3 反饋式單壓力腔+單點驅動可控變形方案
8.1.4 彈性壓縮面自適應無源控制概念研究
8.2 可控彈性變形曲面壓縮面的初步試驗研究
8.2.1 可控彈性變形曲面壓縮面
8.2.2 記憶合金驅動效果的試驗研究
第9章 高超聲速進氣道的阻力特性和減阻分析
9.1 進氣道阻力的一維流理論分析
9.1.1 進氣道的阻力構成
9.1.2 進氣道附加阻力
9.1.3 進氣道阻力的一維分析和□小可能的阻力
9.2 進氣道阻力的數(shù)值分析
9.2.1 典型二維進氣道的壓阻和摩阻
9.2.2 典型軸對稱進氣道內部阻力的分配
9.2.3 基準側壓式進氣道的內部阻力
9.2.4 曲面壓縮側壓式進氣道的內部阻力分析
9.2.5 側壓式進氣道側板的“附加推力
9.3 有無激波的Ma2.5 平板摩阻測量
9.3.1 試驗模型設計和摩阻測量方法
9.3.2 摩阻測量結果
9.4 曲面壓縮側壓式進氣道減阻試驗研究
9.4.1 曲面壓縮減阻進氣道設計
9.4.2 曲面壓縮低阻進氣道模型風洞試驗對比
9.5 進氣道減阻設計的一些初步認識
□□0章 曲面壓縮的發(fā)展及其應用展望
10.1 超聲速/高超聲速氣流曲面壓縮特點總結
10.2 超聲氣流曲面壓縮的展望