本书以高超声速飞行器关键空气动力学问题为主线，系统总结了高超声速飞行器气动设计与评估的相关基础理论、方法及工程应用实效，全面介绍了高效高精度数值模拟方法与物理模型、CFD方法验证与确认、复杂气体物理效应、数据天地相关性、非定常动态与多体分离仿真等气动评估技术的最新成果，突出展示了高超声速飞行器乘波体布局设计、气动布局优化设计等气动设计方法的最新进展，还特别推介了近年来蓬勃发展的数值虚拟飞行模拟技术。 本书为广大研究人员和工程技术人员提供了一本科学、系统、全面的高超声速空气动力学技术参考书，借以助力我国高超声速飞行器的创新发展。

章绪论1
1.1高超声速飞行器气动布局技术发展与面临的挑战1
1.1.1高超声速飞行器概念1
1.1.2高超声速飞行器气动布局技术发展2
1.1.3高超声速飞行器设计面临的挑战8
1.2新型高超声速飞行器的气动设计特点和流动特征9
1.2.1新型高超声速飞行器的气动设计特点9
1.2.2高超声速飞行器的流动特征11
1.3高超声速飞行器气动设计问题13
1.3.1高超声速飞行器气动布局设计13
1.3.2高超声速飞行器气动性能评估与分析14
1.4高超声速飞行器气动设计支撑技术与本书内容18
参考文献21
第2章数值方法23
2.1CFD技术在飞行器设计中的作用23
2.2控制方程与数值求解24
2.2.1流动控制方程24
2.2.2空间离散与通量计算25
2.2.3边界条件27
2.2.4时间推进29
2.3网格生成技术31
2.3.1网格生成技术概览31
2.3.2粘性自适应笛卡儿网格生成技术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转捩预测技术40
2.5.1代数转捩准则法40
2.5.2γReθ转捩模型43
2.6大规模并行技术44
2.6.1分布式并行计算44
2.6.2异构平台扩展45
2.7高温真实气体效应模拟45
2.7.1平衡气体模型46
2.7.2热化学非平衡数值模拟46
2.8计算方法的新发展48
2.8.1高阶间断伽辽金方法49
2.8.2非结构网格自适应技术50
2.9应用实例52
2.9.1高超声速双锥分离流动52
2.9.2凤凰号火星探测器高超声速气动特性计算54
2.9.3三维非对称双楔超声速流动57
参考文献59
第3章高超声速流动快速高效数值方法64
3.1PNS方程65
3.2空间推进求解适定性66
3.3数值求解方法70
3.3.1流向无粘通量离散方法71
3.3.2横向无粘通量离散方法71
3.3.3粘性通量离散方法75
3.3.4流向积分方法76
3.4PNS方程方法准确性及高效性验证78
3.4.1超声速平板流动78
3.4.2尖锥流动82
3.4.3类航天飞机绕流87
3.4.4类HTV2飞行器流动91
参考文献96
第4章CFD程序验证与确认方法97
4.1基本概念97
4.2验证方法99
4.2.1代码验证100
4.2.2误差估计105
4.3模型确认111
4.3.1确认试验的设计与执行112
4.3.2确认活动组织113
4.3.3确认尺度的构建116
4.4验证与确认实例124
4.4.1验证过程124
4.4.2确认过程130
参考文献138
第5章高超声速复杂气动效应与气动力数据天地相关性140
5.1高超声速复杂气动效应140
5.1.1马赫数效应140
5.1.2粘性干扰效应141
5.1.3高温真实气体效应144
5.1.4稀薄气体效应145
5.1.5流态差异效应147
5.2气动力数据天地换算方法147
5.2.1气动力数据天地差异的关键影响因素149
5.2.2气动力数据天地相关性理论150
5.2.3气动力数据天地换算方法156
5.3气动力数据不确定度量化方法165
5.3.1风洞试验气动力数据不确定度量化方法165
5.3.2CFD气动力数据不确定度量化方法170
5.3.3高超声速飞行器CFD气动力数据不确定度量化实例175
参考文献178
第6章飞行器非定常与动态特性计算方法181
6.1飞行器非定常与动态气动问题及数值模拟技术的发展趋势181
6.1.1动稳定性参数181
6.1.2旋转空气动力学效应183
6.2动稳定性导数预测理论183
6.2.1气动稳定性导数理论基础与非定常气动力模型183
6.2.2常用的动稳定性导数与坐标系定义184
6.3动稳定性导数的计算技术185
6.3.1基于当地活塞理论的气动导数摄动法185
6.3.2准定常旋转法188
6.3.3基于非定常数值模拟的动导数预测方法188
6.3.4时间谱方法193
6.4动稳定性导数方法验证与分析197
6.4.1Finner标模197
6.4.2HBS标模199
6.4.3Genesis外形201
6.4.4大升力体外形202
6.4.5类X37B外形207
6.5旋转空气动力学效应的数值预测技术209
参考文献212
第7章高超声速飞行器多体分离数值模拟方法215
7.1概述215
7.2多体分离数值预测方法218
7.2.1控制方程组218
7.2.2网格技术220
7.2.3流体运动方程与刚体运动方程耦合求解228
7.2.4时间/空间离散方法229
7.2.5几何守恒律232
7.2.6并行算法235
7.3飞行器分离计算实例239
7.3.1投放(抛撒)分离239
7.3.2整流罩分离251
7.3.3级间分离254
参考文献256
第8章高超声速飞行器气动布局优化方法258
8.1设计方法简述258
8.2优化模型259
8.3气动外形参数化建模与网格生成方法261
8.3.1外形参数化建模261
8.3.2网格自动生成263
8.4优化方法264
8.4.1优化算法与灵敏度计算264
8.4.2基于近似模型的优化设计方法267
8.5优化平台270
8.5.1需求与功能270
8.5.2航天飞行器外形优化设计平台271
8.6优化案例276
8.6.1返回舱外形多目标优化设计276
8.6.2类HTV2高超声速飞行器外形气动力/热综合优化设计279
8.6.3高超声速机动飞行器外形气动优化设计285
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