空间任务飞行器的空气动力学和热力学分析
作者：[意] 安东尼奥 薇薇安尼（Antonio Viviani） 著，黄伟，颜力，李洁，李世斌 译
出版时间： 2018年版
内容简介
　　《空间任务飞行器的空气动力学和热力学分析》通过考虑适应不同空间任务需求的空间飞行器对高超声速空气动力学和热力学的不同主题进行详细阐述，这些飞行器包括乘员返回飞行器（CRV）、乘员探索飞行器（CEV）、取样返回飞行器（SRV）和飞行试验平台（FTB）。
　　第一章介绍了高超声速空气动力学和热力学的基本知识，详细讨论了高超声速流场的几个关键特征。例如，这一章展示了再入飞行器的大部分能量需要以热能的形式耗散。但是以现有材料制成的飞行器，没有能在吸收了其中一小部分热量后还可以幸存的。这一关键设计问题在第二章做了详细介绍，解释了一个成功着陆如何让绝大部分的能量损失加热机体周围的气体而不是机体本身，并且揭示了高超声速条件下的传热机制对设计理想的安全着陆方案十分关键的原因。第一章也指出，航天器进入一个行星大气层所产生的几乎所有关键热传递问题都发生在连续流中。事实上，在返回轨道的决定性部分，流过一个钝头体的流场（回转体或者机翼前缘）都有一道明显的弓形激波，机身表面和激波之间有一个被离解和电离热气体充斥着的激波层，还有一个使气体温度急剧下降到飞行器表面温度值的边界层。之后，仔细讨论了气动系数符号和约定。最终，介绍了高超声速空气动力学和热力学的流体动态特征数。
　　第二章给出了用以评估航天器返回过程中下降飞行轨迹和需要承受的相应的气动热载荷环境的数学模型。热能通过边界层内化学成分的传导和扩散以及鼻区附近激波层内热气体的辐射传递到飞行器上，其中辐射的光谱范围大部分在近红外与紫外之间；同时热量也会从飞行器表面以红外到远红外的光谱范围辐射出去，这使得激波层内的气体近乎透明（如壁面辐射冷却）。本章讨论了保护航天器从大气层返回时强烈气动加热的热防护系统（TPS）概念，给出了飞行器驻点处几个颇为简单的用以评估辐射和传导（从流体到表面）热流密度的工程关系式，这些热流估算公式对于在早期设计阶段开展必要的快速评估是非常基础的。
目　　录
章 高超声速空气动力学和热力学基本理论
1.1 引言
1.2 高超声速流动基本特点
1.2.1 强烈的弓形激波
1.2.2 温度／气动加热的重要性
1.2.3 钝化气动外形减少热传递
1.2.4 表面压强估计
1.2.5 高温效应
1.2.6 黏性干扰
1.2.7 熵梯度
1.2.8 薄激波层
1.2.9 发动机—机身—体化
1.2.10 控制与稳定性
1.3 轨道再入
1.4 连续流区飞行器周围典型高超声速流场特征
1.4.1 流动控制方程
1.4.2 M∞变化引起的流场特征
1.4.3 激波关系式
1.4.4 特征线法
1.4.5 高温效应
1.4.6 黏性干扰
1.5 航天器气动力系数
1.5.1 参考坐标系
1.5.2 气动热力学数据约定
1.6 简化气动分析
1.6.1 低阶空气动力学方法
1.6.2 牛顿撞击流理论
1.6.3 改进牛顿流理论
1.6.4 平板高超声速空气动力学
1.6.5 球体高超声速空气动力学
1.6.6 圆柱高超声速空气动力学
1.6.7 尖／钝锥体空气动力学
1.6.8 切楔／切锥法
1.6.9 平板理论和航天器高超声速空气动力学特征
1.6.10 面元法空气动力学
1.6.11 表面倾斜法和气动外形设计：压力法选择原理
1.7 高超声速与亚声速空气动力学
1.7.1 气动阻力
1.7.2 气动升力
1.7.3 俯视图特性
1.8 再人飞行和气动加热
1.8.1 脱体距离
1.8.2 气动加热
1.9 空间飞行器设计基础
1.10 量纲分析
参考文献
第二章 大气再入基本理论
2.1 前言
2.2 再入任务的初始比内能
2.3 平面飞行方程