飞行器动态气动特性与仿真技术

《飞行器动态气动特性与仿真技术》讨论了飞行器三种动态气动特性以及相应的数值仿真方法，并通过实际工程案例说明飞行器非定常绕流与姿态运动对其气动性能的重要影响。首先介绍飞行器定姿态时由于非定常绕流导致的动态气动性能，主要介绍了脱体涡模拟和大涡模拟两种研究手段；其次介绍了飞行器姿态改变引起的动态气动特性，主要介绍了流体力学与刚体运动方程一体化虚拟飞行数值模拟方法；*后介绍了多体运动引起的动态气动干扰，主要介绍了重叠网格技术。
　　通过该书的学习，可以理解飞行器动态气动特性的物理本质，掌握数值模拟方法，了解实际工程实践中如何正确使用模拟方法以及如何评价模拟结果，*终实现学以致用的目的。
　　《飞行器动态气动特性与仿真技术》可供从事空气动力学、计算流体力学、飞行器设计或其他相关专业的研究人员和工程设计人员参考，也可作为高等院校空气动力学及相关专业研究生的教材。 

第1章 定姿态非定常气动特性
1．1 概述
1．1．1 研究背景及意义
1．1．2 湍流模拟方法研究现状与发展趋势
1．1．3 时间格式研究现状
1．2 非定常湍流数值模拟方法
1．2．1 控制方程
1．2．2 大涡模拟方法
1．2．3 RANS／LES混合方法
1．3 舰船舰面非定常流动环境
1．3．1 计算模型
1．3．2 仿真结果
1．4 返回舱非定常气动加热
1．4．1 计算模型
1．4．2 仿真结果
1．5 返回舱外噪声环境
1．5．1 计算模型
1．5．2 仿真结果
1．6 整流罩外噪声环境
1．6．1 计算模型
1．6．2 仿真结果
1．7 整流罩不同外形型线脉动压力环境
1．7．1 计算模型
1．7．2 仿真结果

第2章 动姿态非定常气动性能
2．1 概述
2．1．1 研究背景及意义
2．1．2 飞行器运动过程中的非定常、非线性动态现象
2．1．3 飞行器非定常动态特性数值模拟研究现状及发展前景
2．1．4 CFD／RBD一体化耦合数值模拟研究现状及发展前景
2．2 坐标系和运动方程
2．2．1 坐标系及其转换
2．2．2 刚体动力学方程组
2．2．3 刚体动力学方程组与流动控制方程组的耦合求解
2．3 动导数计算方法
2．3．1 强迫振动法
2．3．2 自激运动法
2．4 2D翼型非定常运动特性研究
2．4．1 NACA0012翼型俯仰振荡
2．4．2 NACA0012翼型深度失速
2．5 三角翼大攻角动态特性研究
2．5．1 三角翼静态绕流特性
2．5．2 大振幅强迫俯仰振荡
2．6 飞行器再入过程中的动态特性研究
2．6．1 再入过程中的平面运动方程
2．6．2 研究模型
2．6．3 计算结果及分析

第3章 多体相对运动的气动特性
3．1 概述
3．1．1 研究背景及意义
3．1．2 多体气动问题研究方法
3．1．3 动网格技术
3．2 结构重叠网格方法
3．2．1 基本概念
3．2．2 基本步骤
3．2．3 关键技术
3．3 子母弹抛撒的气动干扰特性
3．3．1 计算模型和网格
3．3．2 干扰流场和子弹性能分析
3．3．3 单子弹抛撒仿真
3．3．4 多子弹抛撒仿真
3．3．5 蒙特卡洛打靶

第4章 结束语
参考文献 

      在飞行器研制过程中，气动特性的研究贯穿始终，其地位之重要可想而知。它不仅要完成飞行器的气动布局设计、预示飞行器的操稳性能、给出气动特性参数，而且还要为后续的结构载荷分析、轨道设计优化和制导／导航与控制提供原始数据。随着技术的进步和现代战争的需求，飞行器动态气动特性成为衡量新一代航空航天飞行器高机动性能的重要参数。另外，随着现代飞行器的构型越来越复杂，流场中经常存在多体相对运动，并且在运动过程中不可避免地存在着多体干扰与分离现象。正确认识多体运动的复杂流动结构、气动干扰影响及多体运动规律，对保证飞行器的安全和武器的精确有效打击有重要意义。
　　本书主要介绍使用计算流体力学技术模拟飞行器非定常绕流环境，并耦合动力学方程，预测飞行器姿态变化或相对运动时的动态气动特性。本书共分为4章，第1章介绍飞行器非定常气动特性，主要讲解CFD控制方程以及非定常湍流模拟方法，并以工程实际问题为例，阐述非定常绕流对飞行器气动特性的重要影响。由于飞行器姿态改变或相对运动，往往伴随着大分离流动，因此本章所述计算方法是动态气动特性研究的基础。第2章介绍飞行器动姿态非定常气动性能，主要介绍计算流体力学与刚体运动方程（CFD/RBD）一体化虚拟飞行数值模拟方法，包括强迫振动方法和准定常方法，并对三角翼强迫俯仰振荡中的非定常气动力进行了预测。第3章介绍多体相对运动问题的气动干扰特性，介绍了该类问题的主要研究手段和结构重叠网格方法，并以子母弹抛撒问题作为典型示例，详细讲解干扰流场机理和气动特性。第4章结束语，对本书讨论的内容进行总结，并提出进一步研究的方向。
　　本书的研究工作得到了国家自然科学基金（资助号：11872116，11502267）的资助，并感谢中国科学院计算机网络信息中心袁武和中国兵器导航与控制研究所席柯提供有关素材和建议，感谢中国空间技术研究院的李齐、耿云飞，中国船舶工业系统工程研究院李海旭、宗昆的指导帮助。后，特别感谢北京理工大学严昊硕士对本书的校核与修订。
　　本书可供从事空气动力学、计算流体力学、飞行器设计或其他相关专业的研究人员和工程设计人员参考，也可作为高等院校空气动力学及相关专业研究生的教材。希望本书的出版能够进一步揭示飞行器动态气动特性，促进我国航空航天事业的发展。