目錄
總序 i
前言 vii
摘要 xi
Abstract xv
第一章 緒論 1
第一節(jié) 力學(xué)與航空航天 1
第二節(jié) 新型飛行器發(fā)展態(tài)勢 3
一、國際上新型飛行器發(fā)展態(tài)勢 3
二、我國新型飛行器發(fā)展態(tài)勢與任務(wù)使命 21
第三節(jié) 新型飛行器對力學(xué)的新需求和新挑戰(zhàn) 22
一、空氣動力學(xué) 23
二、固體力學(xué) 25
三、動力學(xué)與控制 26
四、試驗與數(shù)值模擬 26
第四節(jié) 未來發(fā)展思考和建議 27
參考文獻 28
第二章 先進戰(zhàn)斗機氣動設(shè)計的發(fā)展與挑戰(zhàn) 30
第一節(jié) 引言 30
第二節(jié) 目前氣動設(shè)計的研發(fā)體系 31
一、氣動設(shè)計的任務(wù)和手段 31
二、CFD的發(fā)展 34
三、風(fēng)洞試驗的創(chuàng)新 36
第三節(jié) 當(dāng)前面臨的需求與挑戰(zhàn) 37
一、氣動與“X”綜合優(yōu)化設(shè)計 37
二、精益敏捷的氣動設(shè)計流程提升 38
三、減阻設(shè)計和阻力的精確確定 39
四、非定常氣動力 40
五、流動控制技術(shù) 41
第四節(jié) 結(jié)束語 42
參考文獻 42
第三章 空氣動力學(xué)的新問題 43
第一節(jié) 引言 43
第二節(jié) 為什么會有新問題 44
第三節(jié) 新問題是什么 48
參考文獻 49
第四章 高超聲速飛行器氣動特性與湍流問題 50
第一節(jié) 問題提出 50
第二節(jié) 相關(guān)研究發(fā)展態(tài)勢 52
一、復(fù)雜多效應(yīng)耦合作用 52
二、流動轉(zhuǎn)捩與層流分離問題 57
三、飛行器氣動布局與動態(tài)特性 59
第三節(jié) 當(dāng)前面臨的需求和挑戰(zhàn) 62
第四節(jié) 未來發(fā)展建議 64
參考文獻 65
第五章 高超聲速氣動熱力學(xué)問題 67
第一節(jié) 背景需求 67
一、發(fā)展大氣層內(nèi)高速飛行器的需求 70
二、可重復(fù)使用天地往返運輸系統(tǒng)的需求 71
三、載人航天和深空探測未來發(fā)展的需求 72
第二節(jié) 國外研究現(xiàn)狀和發(fā)展態(tài)勢 73
第三節(jié) 國內(nèi)研究現(xiàn)狀和發(fā)展態(tài)勢 75
第四節(jié) 關(guān)鍵問題和挑戰(zhàn) 76
一、高溫氣體與非平衡效應(yīng)及其建模 76
二、非平衡流場的地面模擬與流場重構(gòu) 77
三、氣動熱環(huán)境與材料表面的多物理場/多尺度耦合作用機制 79
第五節(jié) 未來發(fā)展重點與建議 84
參考文獻 86
第六章 飛行器流動控制問題 87
第一節(jié) 問題提出 87
第二節(jié) 相關(guān)研究發(fā)展態(tài)勢 88
一、格尼襟翼 88
二、渦流發(fā)生器 89
三、仿生流動控制技術(shù) 90
四、環(huán)量控制 91
五、合成射流 92
六、等離子體激勵器 93
第三節(jié) 當(dāng)前面臨的需求與挑戰(zhàn) 94
一、技術(shù)性問題 94
二、可靠性問題 95
三、工藝性問題 95
第四節(jié) 未來發(fā)展建議 96
一、先進實驗技術(shù)及數(shù)值方法研究 96
二、流動控制基礎(chǔ)研究 96
三、流動控制應(yīng)用研究 96
四、流動控制新方法研究 97
五、飛行器總體及流動控制應(yīng)用一體化設(shè)計研究 97
六、發(fā)展路徑及可行性分析 97
參考文獻 97
第七章 飛行器低雷諾數(shù)流動問題 99
第一節(jié) 問題提出 99
第二節(jié) 相關(guān)研究發(fā)展態(tài)勢 100
一、經(jīng)典層流分離泡理論及相關(guān)的新發(fā)現(xiàn) 101
二、低雷諾數(shù)氣動特性的非線性特征 105
三、低雷諾數(shù)流動的數(shù)值模擬和風(fēng)洞試驗 107
四、低雷諾數(shù)流動三維效應(yīng) 111
第三節(jié) 當(dāng)前面臨的需求和挑戰(zhàn) 112
一、低雷諾數(shù)效應(yīng)對飛行器性能的影響 112
二、低雷諾數(shù)氣動特性預(yù)測精度 113
三、低雷諾數(shù)流動機理、演化規(guī)律及低雷諾數(shù)效應(yīng)的有效抑制 114
四、低雷諾數(shù)飛行器伴隨的飛行力學(xué)響應(yīng)和氣動彈性問題 115
參考文獻 116
第八章 新型空天推進系統(tǒng)中的力學(xué)問題 118
第一節(jié) 問題提出 118
第二節(jié) 相關(guān)研究發(fā)展態(tài)勢 119
一、新型推進系統(tǒng)基本原理 119
二、高超聲速流動機理及控制理論研究 123
三、超聲速燃燒機理及燃燒增強機制研究 125
四、超聲速傳熱機理及先進發(fā)動機熱防護方法研究 128
第三節(jié) 當(dāng)前面臨的需求與挑戰(zhàn) 130
一、超燃沖壓發(fā)動機 130
二、爆震發(fā)動機 131
三、組合循環(huán)發(fā)動機 132
第四節(jié) 未來發(fā)展建議 133
參考文獻 134
第九章 飛行器輕質(zhì)結(jié)構(gòu)力學(xué)問題 135
第一節(jié) 問題提出 135
第二節(jié) 新概念飛行器結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計理論 136
一、新一代結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化理論與方法 136
二、多目標(biāo)多約束近似模型的優(yōu)化理論與方法 137
三、飛行器非確定性結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計理論與方法 137
四、面向考慮制造特征的飛行器結(jié)構(gòu)優(yōu)化理論與方法 137
第三節(jié) 新概念飛行器結(jié)構(gòu)力學(xué) 138
一、可展開結(jié)構(gòu)力學(xué)性能分析與設(shè)計 138
二、智能結(jié)構(gòu)力學(xué)性能分析與設(shè)計 139
三、整體結(jié)構(gòu)力學(xué)性能分析與設(shè)計 139
四、考慮集中力擴散的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能分析與設(shè)計 140
第四節(jié) 未來發(fā)展建議 140
參考文獻 141
第十章 多功能/智能材料與微系統(tǒng)力學(xué)問題 143
第一節(jié) 問題提出 143
第二節(jié) 相關(guān)研究發(fā)展態(tài)勢 145
一、基于壓電材料的振動控制系統(tǒng) 145
二、自給、自感知與自適應(yīng)智能微系統(tǒng) 146
三、植物物質(zhì)運輸多功能系統(tǒng)與仿真系統(tǒng) 147
四、自愈合材料與微系統(tǒng) 148
五、基于柔性介電彈性體材料的變形結(jié)構(gòu) 149
六、基于智能材料的變體飛行器結(jié)構(gòu) 150
七、基于高應(yīng)變聚合物復(fù)合材料的空間可展開結(jié)構(gòu) 151
八、基于形狀記憶聚合物復(fù)合材料的空間可展開結(jié)構(gòu) 152
九、力學(xué)相關(guān)方向發(fā)展態(tài)勢 153
第三節(jié) 當(dāng)前面臨的需求與挑戰(zhàn) 156
一、主動大變形纖維增強復(fù)合材料的力學(xué)行為 156
二、變形/承載一體化、變剛度的多功能材料技術(shù) 157
三、多物理場耦合作用條件下的多功能材料力學(xué)行為 157
四、輕質(zhì)/大輸出力的驅(qū)動材料及其器件技術(shù) 158
第四節(jié) 未來發(fā)展建議 158
一、自感知、自適應(yīng)多功能材料與微系統(tǒng)的設(shè)計與研制 159
二、主動大變形復(fù)合材料及其結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為研究 159
三、多功能材料與微系統(tǒng)多場耦合條件下的本構(gòu)理論研究 160
四、多功能材料與微系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能和失效行為表征 160
參考文獻 161
第十一章 高溫材料與結(jié)構(gòu)力學(xué)問題 162
第一節(jié) 問題提出 162
第二節(jié) 相關(guān)研究發(fā)展態(tài)勢 164
第三節(jié) 當(dāng)前面臨的需求與挑戰(zhàn) 169
一、高溫性能測試與表征技術(shù)的局限性 169
二、高溫材料體系的復(fù)雜性 170
三、高溫本構(gòu)關(guān)系與強度理論的挑戰(zhàn)性 170
四、材料高溫行為研究的多學(xué)科性 171
第四節(jié) 未來發(fā)展建議 171
參考文獻 172
第十二章 多物理化學(xué)場耦合力學(xué)問題 173
第一節(jié) 問題提出 173
第二節(jié) 相關(guān)研究發(fā)展態(tài)勢 174
一、體燒蝕問題日益受到重視 175
二、局部細(xì)觀燒蝕與氧化損傷受到廣泛關(guān)注 176
三、燒蝕過程的多物理機制耦合現(xiàn)象凸顯 178
四、非平衡燒蝕及非空氣介質(zhì)燒蝕在防熱分析中的重要性提高 179
五、力/熱/氧綜合考核及多變量測試技術(shù)需求明顯 180
第三節(jié) 當(dāng)前面臨的需求與挑戰(zhàn) 181
一、高聲速飛行器不同氣動加熱環(huán)境下材料耐熱極限的確定與準(zhǔn)確預(yù)示 181
二、防熱材料與結(jié)構(gòu)向輕質(zhì)、薄層、高可靠方向發(fā)展，但現(xiàn)有研究基礎(chǔ)仍難以對材料的工藝改進做出有效支撐 182
三、化學(xué)動力學(xué)基本參數(shù)及燒蝕傳熱中的基礎(chǔ)物性參數(shù)缺乏 182
四、可用于基礎(chǔ)研究表征物理/化學(xué)反應(yīng)耦合現(xiàn)象的實驗與測試手段不足 183
第四節(jié) 未來發(fā)展建議 183
一、復(fù)雜組分與復(fù)雜形態(tài)化學(xué)反應(yīng)特性與宏觀燒蝕建模研究 183
二、材料細(xì)觀燒蝕原理與建模研究 183
三、材料體燒蝕原理與建模研究 184
四、非穩(wěn)態(tài)流動、燃燒與非附著流動的燒蝕建模問題 184
五、材料氧化、流失、內(nèi)部熱解過程等與氣體流動的綜合建模與模擬 184
六、燒蝕建模及理論預(yù)測的不確定度研究 185
七、復(fù)雜力/熱加載條件的地面模擬再現(xiàn)試驗與測試技術(shù) 185
參考文獻 185
第十三章 大尺寸航天器結(jié)構(gòu)動力學(xué)問題 187
第一節(jié) 問題提出 187
第二節(jié) 相關(guān)研究發(fā)展態(tài)勢 190
一、柔性附件展開動力學(xué) 190
二、充液航天器動力學(xué) 191
三、組合體柔性動力學(xué) 192
四、不確定性動力學(xué) 193
五、連接結(jié)構(gòu)非線性動力學(xué) 194
六、大型動力學(xué)試驗 195
第三節(jié) 當(dāng)前面臨的需求與挑戰(zhàn) 196
一、充液航天器動力學(xué) 196
二、組合體柔性動力學(xué) 196
三、不確定性動力學(xué) 197
四、連接結(jié)構(gòu)非線性動力學(xué) 197
五、大型動力學(xué)試驗 197
第四節(jié) 未來發(fā)展建議 197
參考文獻 198
第十四章 高超聲速飛行器結(jié)構(gòu)動力學(xué)問題 200
第一節(jié) 問題提出 200
第二節(jié) 飛行器動態(tài)載荷環(huán)境特征 202
一、飛行器載荷量級高 202
二、氣動熱環(huán)境嚴(yán)酷 203
三、多次、重復(fù)載荷環(huán)境 204
第三節(jié) 當(dāng)前面臨的需求與挑戰(zhàn) 204
一、大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)動力學(xué)建模與仿真 205
二、結(jié)構(gòu)聲振耦合響應(yīng)分析問題 205
三、高超聲速飛行器氣動彈性與熱氣動彈性問題 205
四、高超聲速飛行器氣動伺服彈性與熱氣動伺服彈性問題 206
五、熱防護結(jié)構(gòu)/熱結(jié)構(gòu)損傷與壽命評估問題 206
六、飛行器高溫動力學(xué)響應(yīng)分析問題 207
七、飛行器力熱復(fù)合試驗技術(shù)問題 208
第四節(jié) 未來發(fā)展建議 208
參考文獻 209
第十五章 高超聲速風(fēng)洞氣動試驗數(shù)據(jù)相關(guān)理論與關(guān)聯(lián)方法 210
第一節(jié) 問題提出 210
第二節(jié) 風(fēng)洞數(shù)據(jù)相關(guān)性研究進展 212
一、高超聲速風(fēng)洞實驗技術(shù)發(fā)展 212
二、氣動力關(guān)聯(lián)方法研究進展 214
三、氣動熱關(guān)聯(lián)方法研究進展 215
第三節(jié) 風(fēng)洞實驗數(shù)據(jù)多空間相關(guān)理論 217
第四節(jié) 泛函優(yōu)化數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)方法 219
第五節(jié) 相關(guān)理論和關(guān)聯(lián)方法的驗證與應(yīng)用 221
第六節(jié) 當(dāng)前面臨的需求和挑戰(zhàn) 227
第七節(jié) 未來發(fā)展建議 228
參考文獻 229
第十六章 驗證和確認(rèn)與不確定性量化問題 231
第一節(jié) 問題提出 231
第二節(jié) 相關(guān)研究發(fā)展態(tài)勢 233
一、建模與模擬的驗證與確認(rèn)方法論 233
二、模型驗證與確認(rèn)在飛行器結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用 235
三、基于非確定性的結(jié)構(gòu)設(shè)計 238
四、不確定性量化方法 239
第三節(jié) 當(dāng)前面臨的需求與挑戰(zhàn) 242
一、復(fù)雜環(huán)境下先進飛行器系統(tǒng)不確定源辨識及表征 242
二、模型確認(rèn)方法需要進一步發(fā)展與完善 243
三、先進飛行器系統(tǒng)高效不確定多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計 244
四、試驗?zāi)芰εc成本限制帶來的挑戰(zhàn) 244
第四節(jié) 未來發(fā)展建議 245
參考文獻 247
第十七章 虛擬試驗與數(shù)字孿生問題 249
第一節(jié) 問題提出 249
第二節(jié) 相關(guān)研究發(fā)展態(tài)勢 251
一、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)虛擬測試技術(shù)現(xiàn)狀 251
二、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)虛擬測試的常用軟件與發(fā)展方向 253
三、利用“數(shù)字孿生”方法進行飛行器結(jié)構(gòu)壽命預(yù)測的概念內(nèi)涵 254
第三節(jié) 當(dāng)前面臨的需求與挑戰(zhàn) 257
一、多場耦合分析方法 257
二、多尺度破壞建模 257
三、將結(jié)構(gòu)有限元與破壞模型緊密結(jié)合 258
四、不確定性的定量、建模和控制 258
五、對共享的大數(shù)據(jù)庫的操作 259
六、高分辨率的結(jié)構(gòu)分析能力 259
第四節(jié) 未來發(fā)展建議 259
參考文獻 261
第十八章 力學(xué)前沿與創(chuàng)新應(yīng)用問題 262
第一節(jié) 問題提出 262
第二節(jié) 仿生力學(xué)與未來飛行器 263
第三節(jié) 軟體機器人與可變形飛行器 264
第四節(jié) 基于柔性電子技術(shù)的智能蒙皮/隱身/人機融合飛行器 266
第五節(jié) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)動力學(xué)與未來飛行器 268
第六節(jié) 智能健康監(jiān)測與未來飛行器 270
參考文獻 272
關(guān)鍵詞索引 274