高超声速再入飞行器IXV的研制与飞行试验

前言

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　2015年2月11日，欧洲高超声速再入飞行器Intermediate Experimental Vehicle（IXV）首次飞行试验取得圆满成功，此次飞行试验是21世纪以来继美国成功完成X-37B的三次轨道飞行试验之后，其他国家首次进行针对升力体式轨道再入返回关键技术开展的飞行演示验证试验，此次试验格外引入关注。IXV作为欧空局未来运载器准备计划（FLPP）的一个技术验证平台，是欧洲探索可重复使用技术的关键一环，也是欧洲发展可重复使用空天飞行器的一次成功验证，使欧洲走出了一条独特的可重复使用发展道路。IXV飞行试验成功验证了从近地轨道自主再入的*先进技术，具有里程碑式的意义，对欧洲重复使用天地往返空天飞行器研制具有深远影响，同时，对我国重复使用天地往返空天飞行器的研制也具有一定的借鉴性。

　　本书系统搜集、整理并剖析了IXV研制过程中的先进技术方案和设计方法。全书共分13章，涵盖IXV研制和试验的各个方面，包括总体设计、气动力／热设计、分系统设计、大型地面试验及飞行试验等内容。第1章介绍了欧洲可重复使用技术的发展历程，包括欧洲早期重复使用运载器研究项目、欧空局发起的研究计划及技术方案与验证项目，IXV研制背景；第2章为飞行器总体方案，介绍了IXV的总体参数与系统组成、任务剖面及全程飞行轨迹、气动布局方案、飞行控制总体方案、总装及运输方案；第3章为IXV气动力特性，系统介绍了开展的风洞试验和数值计算等气动力设计工作；第4章为IXV气动热特性，系统介绍了开展的风洞试验和数值计算等气动热设计工作；第5章为IXV热防护与结构设计，详细地介绍了IXV热防护和冷结构方案，包括热防护系统设计思路、总体方案、端头／迎风面／襟翼的热防护设计、主承力结构形式、舵面传动机构设计、器箭分离装置设计等；第6章为IXV任务管理与飞行控制设计，介绍了GNC系统架构、飞行模式以及导航、制导与控制的详细设计方案及仿真验证；第7章为IXV电气系统方案，介绍了IXV电气系统总体方案，包括总体架构、电源／遥测跟踪／数据处理／测量系统设计、襟翼控制子系统以及主要单机的设计等内容；第8章为IXV热控系统方案，重点介绍了IXV针对热控改进方案所开展的飞行器整体结构改进及热控性能、推进系统热控等内容；第9章为IXV下降与回收系统设计，介绍了IXV下降及回收系统的工作流程、系统设计、启动策略以及安装流程；第10章为IXV地面试验，介绍了IXV主要的大型地面试验，包括整器振动试验、器箭分离试验、热防护盖板力学试验、热防护盖板热载荷相关试验和挂飞投放溅落回收试验；第11章为IXV首次飞行试验，重点介绍了IXV详细试验方案、试验结果分析及关键技术验证分析，包括试验目的、试验内容、试验系统组成、任务剖面、首飞飞行时序及飞行试验结果等；第12章比较分析了IXV和X-37B飞行试验，介绍了X-37B及其试验概况，对比分析了IXV和X-37B的主要技术方案，并总结了IXV和X-37B对重复使用飞行器研制的启示；第13章简述了IXV的后续发展及欧洲其他重复使用飞行器项目，并总结了欧洲可重复使用技术发展的特点。

　　本书由中国运载火箭技术研究院杨勇、陈洪波组织编写，并负责全书的统稿工作。参与本书编写的其他人员及分工具体如下：康开华参与了本书第1章和第13章的编写，黄喜元参与了第2章、第10章、第11章和第12章的编写及全书的部分统稿工作，解静参与了本书第3章的编写，李小艳参与了本书第4章的编写，陈永强参与了第5章和第9章的编写，孙光参与了第2章和第6章的编写，陈灿辉参与了第7章和第8章的编写，陈尚参与了第10章的编写，满益明、李永远参与了本书第2章的编写。本书在编写过程中得到了各级领导和主管机关的大力支持和指导，朱礼文、穆元良、刘玉林、茹家欣等退休专家为本书的撰写提出了宝贵的意见，在此一并表示衷心的感谢。

　　由于作者理论和学术水平有限，书中难免有不足和错误之处，恳请读者批评和指正。

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内容简介

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　　《高超声速再入飞行器IXV的研制与飞行试验》系统介绍和剖析了欧洲高超声速再入飞行器IXV的先进技术方案、设计方法及飞行试验情况，内容涵盖IXV研制背景、总体技术方案、分系统技术方案、关键技术攻关地面试验情况、首次飞行试验情况及飞行结果等内容。

　　《高超声速再入飞行器IXV的研制与飞行试验》对预先研究和工程应用具有重要的参考价值，内容广泛、全面，可供国内工程设计人员参考，也可作为国内高校飞行器设计专业学生的教材。

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目录

第1章 欧洲可重复使用运载器技术的发展历程
1．1 欧洲早期的重复使用运载器研究项目
1．1．1 使神号
1．1．2 森格尔
1．2 欧空局的相关研究计划与技术方案
1．2．1 研究计划
1．2．2 典型技术方案与验证项目
参考文献
第2章 IXV总体方案
2．1 研制背景概述
2．2 IXV构型演变
2．3 总体参数与系统组成
2．4 任务剖面及全程飞行轨迹
2．4．1 任务剖面
2．4．2 全程飞行轨迹
2．4．3 再入走廊设计
2．5 气动布局方案
2．6 飞行控制总体方案
2．6．1 执行机构配置方案
2．6．2 执行机构使用策略
2．7 总体布局
2．8 总装及运输方案
参考文献
第3章 IXV气动力特性
3．1 概述
3．2 坐标系和相关符号
3．3 气动特性研究
3．3．1 跨声速特性
3．3．2 超声速特性
3．3．3 高超声速特性
3．4 典型流场特性研究
3．4．1 试验介绍
3．4．2 结果分析
3．5 真实气体效应和稀薄气体效应研究
3．5．1 真实气体效应
3．5．2 稀薄气体效应
3．6 气动数据库
参考文献
第4章 IXV气动热特性
4．1 概述
4．2 输入条件
4．2．1 再入轨迹
4．2．2 襟翼偏转范围
4．2．3 侧滑角范围
4．3 研究方法
4．3．1 CFD研究
4．3．2 风洞试验
4．3．3 CFD／测热试验相互校验
4．3．4 气动热环境数据库技术
4．4 典型气动热问题研究
4．4．1 壁面催化效应
4．4．2 激波／激波干扰效应
4．4．3 TPS凸台干扰效应
参考文献
第5章 IXV热防护与结构设计
5．1 概述
5．2 热防护设计
5．2．1 热防护设计思路
5．2．2 热防护方案
5．2．3 端头热防护设计
5．2．4 迎风面热防护设计
5．2．5 襟翼的热防护设计
5．2．6 热防护材料特性
5．3 结构设计
5．4 分离机械装置
参考文献
第6章 IXV任务管理与飞行控制设计
6．1 概述
6．2 系统架构
6．3 飞行模式
6．4 导航方案设计
6．4．1 导航功能与模式
6．4．2 再入导航实现
6．5 制导方案设计
6．5．1 制导功能与模式
6．5．2 再入制导实现
6．6 控制方案设计
6．6．1 控制功能与模式
6．6．2 再入控制实现
6．7 控制执行机构
6．8 飞行控制仿真
6．9 飞行轨迹仿真
参考文献
第7章 ⅨV电气系统方案
7．1 概述
7．2 电气总体架构
7．3 电源系统设计
7．4 遥测跟踪系统设计
7．5 数据处理系统设计
7．6 测量系统设计
7．6．1 先进测量传感器
7．6．2 常规测量传感器
7．6．3 传感器设计架构
7．7 襟翼控制子系统
7．8 主要单机方案
7．8．1 导航敏感器
7．8．2 高可靠器载计算机
参考文献
第8章 ⅨV热控系统方案
8．1 概述
8．2 热控总体设计方案
8．2．1 飞行器相关改进设计及其对热控系统设计的影响
8．2．2 IXV热控系统新型架构
8．2．3 IXV热控系统新架构性能
8．3 推进系统热控
8．3．1 方案概述
8．3．2 系统几何数学模型／热数学模型的描述和结果
8．3．3 RCS热控几何数学模型／热数学模型
8．3．4 Sinda-Fluint RCS模型
参考文献
第9章 IXV下降与回收系统设计
9．1 概述
9．2 工作流程
9．3 系统设计
9．4 启动策略
9．5 安装流程
参考文献
第10章 IXV地面试验
10．1 概述
10．2 整器振动试验
10．3 器箭分离试验
10．4 热防护盖板力学试验
10．5 热防护盖板热载荷相关试验
10．6 溅落回收试验
参考文献
第11章 IXV首次飞行试验
11．1 概述
11．2 试验要求
11．2．1 试验任务要求
11．2．2 主要试验要求
11．3 试验项目
11．4 飞行试验方案
11．4．1 试验系统组成
11．4．2 任务剖面
11．4．3 首飞飞行时序
11．5 飞行试验结果初步分析
11．6 关键技术验证分析
11．6．1 一体化升力式再入飞行器总体设计技术
11．6．2 轨道再入热防护材料体系
11．6．3 热防护与热结构设计技术
11．6．4 轨道再入导航制导与控制技术
参考文献
第12章 IXV与X-37B飞行试验比较分析
12．1 X一37B及飞行试验概况
12．2 IXV与X-37B主要技术方案对比
12．3 IXV、X-37B对重复使用飞行器研制的启示
参考文献
第13章 后续展望
13．1 IXV的后续发展——ISV
13．2 欧洲的其他重复使用飞行器发展项目
13．2．1 USV3
13．2．2 SKYLON
13．3 欧洲重复使用运载器发展特点

封面

书名:高超声速再入飞行器IXV的研制与飞行试验

作者:杨勇

页数:246

定价:¥88.0

出版社:国防工业出版社

出版日期:2018-11-01

ISBN:9787118117233

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