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第1章 高超声速地面试验需求1

1.1 概述1

1.2 高超声速试验需求的历史、现状与展望2

1.3 未来潜在的民用高超声速试验需求4

1.3.1 行星探索4

1.3.2 进入空间4

1.4 高超声速试验的军事需求10

1.4.1 进入太空10

1.4.2 导弹11

1.5 结论12

第2章 高超声速试验设备原理16

2.1 引言16

2.2 高超声速关键技术17

2.3 高超声速缩比试验18

2.4 高焓和高速19

2.5 高超声速设备种类21

2.6 结论23

第3章 NASA的HYPULSE设备——GASL的双运行模式、双驱动反射激波／膨胀风洞26

3.1 引言26

3.1.1 背景26

3.1.2 本章主要内容29

3.2 激波风洞和膨胀管29

3.2.1 激波加热设备29

3.2.2 反射激波风洞29

3.2.3 激波-膨胀管31

3.3 驱动技术32

3.3.1 轻气体驱动33

3.3.2 电加热轻气体驱动33

3.3.3 燃烧加热轻气体驱动34

3.3.4 压缩加热轻气体驱动（自由活塞驱动）35

3.3.5 驱动技术对比小结35

3.3.6 HYPULSE激波诱导爆轰驱动36

3.4 HYPULSE运行及性能37

3.4.1 设备结构及设备尺寸37

3.4.2 HYPULSE运行38

3.4.3 试验条件的验证41

3.4.4 试验时间的确定41

3.5 爆轰驱动RST运行模式时的驱动气体污染43

3.5.1 喷管流动45

3.5.2 驱动气体渗漏的瞬态发展48

3.6 膨胀风洞运行模式喷管设计49

3.6.1 skimmer喷管50

3.6.2 full capture型面渐进过渡为锥形型面52

3.6.3 试验验证53

3.7 结论55

第4章 LENS超高速风洞及其在复现飞行器飞行条件试验中的应用61

4.1 引言61

4.2 高超声速飞行性能的地面模拟试验61

4.3 LENSⅠ与LENSⅡ的设计、运行和性能66

4.3.1 简介66

4.3.2 LENSⅠ与LENSⅡ的设计与运行67

4.3.3 配套的气动热、气动光学和辐射测量仪器69

4.4 风洞验证试验72

4.5 LENS风洞设备在高超飞行器试验中的应用75

4.5.1 高速拦截器气动热与气动光学性能评估75

4.5.2 为进行导引头性能评估而进行的气动热测量示例77

4.5.3 拦截器导引头构型的气动光学测量示例81

4.6 轨控发动机喷流干扰效应的试验研究83

4.6.1 简介83

4.6.2 流场与气动热参数83

4.6.3 关于流场模糊失焦现象的光谱和辐射测量85

4.7 超燃冲压发动机性能研究86

4.7.1 简介86

4.7.2 发动机内部的激波干扰现象89

4.8 结论90

第5章 U-12大型激波管93

5.1 引言93

5.2 U-12激波管简介93

5.3 运行方式96

5.4 空气动力学问题研究99

5.5 飞行器力与力矩测量102

5.6 地球及行星大气激波后非平衡过程研究103

5.7 U-12设备上开展的电磁波物理研究106

5.8 U-12激波管弹道运行模式108

5.8.1 圆盘旋转稳定电磁设备110

5.8.2 夹膜装置110

5.8.3 制动装置110

5.9 结论111

第6章 爆轰驱动激波管和激波风洞114

6.1 引言114

6.2 爆轰过程的气动原理116

6.3 爆轰驱动运行原理118

6.3.1 反向爆轰模式119

6.3.2 正向爆轰模式120

6.4 TH2-D爆轰驱动激波风洞121

6.4.1 设备组成121

6.4.2 爆轰波的起爆124

6.4.3 爆轰段和卸爆段内波的传播过程126

6.4.4 被驱动段内波的传播过程129

6.4.5 试验段气流的校测132

6.5 JF-10爆轰驱动高焓激波风洞136

6.5.1 充气和混合系统137

6.5.2 起爆139

6.5.3 入射激波的衰减140

6.5.4 校准结果141

6.5.5 带空腔环的正向爆轰驱动143

6.5.6 双爆轰驱动147

6.5.7 带收缩喉道的爆轰驱动150

6.6 UTA高性能激波管155

6.7 爆轰驱动设备性能166

6.8 结论170

第7章 DLR高焓激波风洞（HEG）上开展的气动热力学研究174

7.1 引言174

7.2 HEG设备175

7.2.1 运行175

7.2.2 HEG锥形喷管的几何形状177

7.3 测试技术177

7.3.1 传统测试技术177

7.3.2 光谱测量178

7.3.3 时辨纹影178

7.3.4 测力178

7.4 数值求解器CEVCATS-N179

7.5 喷管流动和自由流180

7.5.1 化学／热力学平衡／非平衡181

7.5.2 流动的瞬态发展182

7.5.3 驱动气体污染184

7.6 圆柱绕流186

7.7 驱动气体污染的迟滞192

7.8 现阶段工作193

7.8.1 X-38/CRV救生舱193

7.8.2 大气再入验证机195

7.9 结论198

第8章 HIEST特性及其在高超声速气动热力学和超燃冲压发动机研究中的应用203

8.1 引言203

8.2 HIEST简介、常规性能和限制203

8.2.1 简介203

8.2.2 常规性能204

8.2.3 喷管流动的限制208

8.3 HOPE气动力试验209

8.4 热流的壁面催化效应211

8.5 超燃冲压发动机213

8.6 结论214

第9章 多级压缩的活塞驱动气动设备（PGU）216

9.1 引言216

9.2 多级压缩的PGU设备221

9.3 多级压缩方法223

9.4 模拟高超声速外流主流的方法226

9.5 模拟发动机喷流对飞行器后体的影响229

9.6 PGU中的超燃试验230

9.7 结论233

第10章 电弧加热设备237

10.1 引言237

10.2 电弧加热器及高超声速试验238

10.2.1 电弧加热用途及发展史238

10.2.2 电弧加热设备类型239

10.2.3 电弧加热器试验模式242

10.2.4 电弧加热器试验应用243

10.3 DoD和NASA电弧加热设备概述247

10.3.1 DoD的电弧加热设备247

10.3.2 NASA的电弧加热器249

10.4 电弧加热器相关技术最新综述254

10.4.1 设备技术254

10.4.2 试验技术256

10.4.3 试验测试仪器258

10.4.4 电弧建模／仿真259

10.5 结论264

第11章 SCIROCCO 70MW等离子体风洞：新的高超声速能力270

11.1 引言270

11.2 设备272

11.2.1 设备运行过程描述272

11.2.2 设备性能272

11.2.3 主要部件的技术参数273

11.2.4 设备的交付验收情况及鉴定278

11.3 高超声速的挑战：未来及潜在的应用280

11.3.1 一般性问题280

11.3.2 试验段气流环境285

11.3.3 气动力模拟能力289

11.3.4 吸气式推进系统的模拟能力291

11.4 SCIROCCO的发展296

11.4.1 潜在的气动力试验能力提升296

11.4.2 潜在的吸气式推进试验能力提升297

11.5 结论298

第12章 气动与推进试验设备（APTU）303

12.1 引言303

12.2 未来高超声速吸气式推进系统试验的基本要求304

12.3 APTU介绍306

12.3.1 近期APTU试验能力提升计划308

12.3.2 延长试验时间310

12.3.3 增大模拟高度范围310

12.3.4 提高推力测量能力310

12.4 中远期APTU试验能力升级计划311

12.4.1 马赫数8.0自由射流试验能力311

12.4.2 增大尺寸311

12.5 APTU试验技术的提升312

12.5.1 试验方法313

12.5.2 分析技术315

12.6 总结320

第13章 作为再入飞行器气动热力学问题研究工具的电弧加热设备323

13.1 引言323

13.2 试验设备与测量技术325

13.3 流动特性328

13.4 局部气动热力学试验331

13.5 TPS部件的表征与评价337

13.6 再入条件下的飞行传感器考核340

13.7 结论347

第14章 NASA兰利研究中心的8ft高温风洞351

14.1 引言351

14.2 设备描述353

14.2.1 主要设备部件353

14.2.2 主要保障系统357

14.2.3 数据采集和测量仪器361

14.3 试验能力362

14.3.1 结构和材料362

14.3.2 吸气式推进试验365

14.3.3 系统概念性能评估试验366

14.4 运行366

14.5 结论368

第15章 NASA格林研究中心的高超声速风洞设备370

15.1 引言370

15.2 设备的历史371

15.3 设备描述372

15.3.1 石墨蓄热式加热器373

15.3.2 设备的热部件374

15.3.3 喷管375

15.3.4 试验段和推力试验台组件375

15.3.5 扩压器／蒸汽引射器系统375

15.3.6 氮气系统376

15.3.7 氧气系统376

15.3.8 冷却水系统376

15.3.9 风洞设备控制系统376

15.3.10 数据系统377

15.3.11 试验保障系统377

15.3.12 氢气燃料系统377

15.3.13 液体JP燃料系统378

15.3.14 高压冷却水378

15.4 风洞的典型运行过程378

15.5 独特的价值和试验能力379

15.6 结论379

第16章 ONERA F4高焓风洞381

16.1 引言381

16.2 F4风洞的原理和描述383

16.2.1 F4风洞的原理383

16.2.2 总体布局和喷管384

16.2.3 电弧室386

16.2.4 脉冲发生器387

16.2.5 真空系统388

16.2.6 数据采集系统388

16.2.7 纹影仪388

16.3 调试和校准388

16.3.1 风洞发展历史388

16.3.2 实际运行与技术调校389

16.3.3 试验段的校准390

16.3.4 驻室条件检测392

16.3.5 喷管流动和来流特性393

16.4 典型的模型试验397

16.4.1 气动力测量397

16.4.2 热流测量401

16.4.3 压力测量402

16.4.4 流动显示、纹影系统和光学设备402

16.5 结论与展望402

第17章 AEDC的9号超高速风洞405

17.1 引言405

17.2 9号风洞设备描述405

17.2.1 近期的发展和升级改造408

17.2.2 马赫数10高雷诺数试验能力408

17.2.3 马赫数14高空试验能力409

17.2.4 马赫数8高动压（防护罩分离）试验能力409

17.2.5 马赫数8模拟范围的扩展410

17.2.6 马赫数16.5喷管412

17.2.7 马赫数7热结构设备412

17.2.8 9号风洞的气动光学组件412

17.2.9 子系统改进413

17.3 结论413

第18章 利用磁悬浮和电磁推进的高超声速地面试验设备416

18.1 引言416

18.2 背景417

18.3 综述418

18.4 设备概念420

18.5 系统需求422

18.6 试验技术424

18.7 相关的问题428

18.8 关键技术方案428

18.9 未来努力方向429

18.10 总结430

第19章 Holloman高速试验轨道（HHSTT）的高超声速试验能力433

19.1 引言433

19.2 HHSTT的高超声速升级项目436

19.2.1 背景436

19.2.2 建模与仿真工具的改进436

19.2.3 火箭橇的设计改进437

19.2.4 设备改进437

19.2.5 先进火箭发动机的研制438

19.3 HHSTT的高超声速能力439

19.3.1 非回收试件439

19.3.2 可回收试件440

19.4 磁悬浮试验车轨道的发展444

19.4.1 背景444

19.4.2 设计的演变444

19.4.3 系统描述448

19.5 结论460

第20章 AEDC G靶／导轨发射能力的提升462

20.1 引言462

20.2 8in发射器的发展463

20.2.1 概述463

20.2.2 高仿真模型464

20.2.3 内膛从3.3in到8in的转换过程464

20.2.4 许可证466

20.2.5 模型设计466

20.2.6 迎角控制468

20.2.7 迄今为止8in发射器的发展468

20.3 4in发射器的发展469

20.3.1 引言469

20.3.2 设计／安装过程470

20.4 10km/s的发射技术概述471

20.4.1 超高压-高压段方案473

20.4.2 注入式方案476

20.4.3 两级活塞方案478

20.4.4 实验室引导型设备设计479

20.5 结论481

第21章 新型马赫数8～15真实温度试验设备概念483

21.1 引言与背景483

21.2 RDHWT/MARIAHⅡ计划485

21.3 试验需求的评估485

21.3.1 高超声速飞行系统的试验需求487

21.3.2 吸气式推进的试验需求487

21.3.3 喷流干扰的试验需求488

21.3.4 气动光学的试验需求489

21.4 RDHWT/MARIAHⅡ设备概念研究计划综述489

21.4.1 超高压（UHP）供气系统491

21.4.2 喷管和喉道截面493

21.4.3 超声速热能注入系统495

21.4.4 磁流体动力（MHD）增强技术502

21.4.5 系统集成506

21.5 结论506

第22章 使用增压器的新一代高超声速绝热压缩设备510

22.1 引言510

22.2 现有风洞中高超声速流场的模拟511

22.3 利用高压力的优势517

22.4 我们的概念519

22.5 绝热压缩高超声速气动力设备A-1519

22.6 预压缩级布局、结构和运行的选择519

22.7 A-1的运行原理522

22.8 高压单元523

22.9 试验结果和应用525

22.10 绝热压缩高超声速风洞AT-303527

22.11 AT-303的测量设备与系统控制529

22.12 参数范围529

22.13 模型位置区域的非均匀速度场533

22.14 结论535

附录1 英制—公制换算表541

附录2 航天与航空进展系列丛书542