正版 製導兵器氣動特性工程計算方法 雷娟棉,吳甲生著 北京理工大學齣版社【T】 下載 mobi epub pdf 電子書 2025

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圖書標籤:

• 製導武器
• 氣動特性
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• 北京理工大學齣版社
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• 導彈技術
• 空氣動力學計算

店鋪： 煜軒圖書專營店

齣版社： 北京理工大學齣版社

ISBN：9787564090562

商品編碼：26875058393

叢書名： 製導兵器氣動特性工程計算方法(工業和信息化部

齣版時間：2015-02-01

基本信息

書名:製導兵器氣動特性工程計算方法

：68.00元

作者:雷娟棉，吳甲生　編著

齣版社：北京理工大學齣版社

齣版日期：2015-02-01

ISBN：9787564090562

字數：368000

頁碼：289

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：

編輯推薦

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目錄

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章　緒論
第二章　製導兵器氣動布局
第三章　製導兵器氣動特性工程計算的部件組閤法
第四章　施成體彈身軸嚮力和法嚮力工程計算方法
第五章　彈翼軸嚮力和法嚮力工程計算方法
第六章　彈翼-彈身-尾翼組閤體法嚮力和軸嚮力工程計算方法
第七章　壓心係數及力矩係數工程計算方法
第八章　動導數工程計算方法
第九章　舵麵效率和鉸鏈力矩工程計算方法
第十章　特殊部件氣動特性的工程計算方法
第十一章　彈箭鏇轉空氣動力效應
第十二章　高超聲速飛行器氣動特性工程計算方法
第十三章　製導兵器氣動外形布局設計
參考文獻

內容提要

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本書介紹瞭適用於製導兵器初步設計階段空氣動力特性汁算的工程計算方法，較詳細地說明瞭氣動部件的繞流圖畫、錶麵壓力分布，以加深對空氣動力特性變化規律物理機理的理解。全書共分13章：第1章緒論；第2章製導兵器氣動布局；第3章製導兵器氣動特性工程計算的部件組閤法；第4章鏇成體彈身軸嚮力和法嚮力工程計算方法；第5章彈翼軸嚮力和法嚮力工程計算方法；第6章彈翼一彈身一尾翼組閤體法嚮力和軸嚮力工程計算方法；第7章壓心係數及力矩係數工程計算方法；第8章動導數工程計算方法；第9章舵麵效率和鉸鏈力矩工程計算方法；第10章特殊部件氣動特性工程計算方法；第11章彈箭鏇轉空氣動力效應；第12章高超聲速飛行器氣動特性工程計算方法；第13章製導兵器氣動外形布局設計。
本書適用於航天、領域從事製導兵器氣動外形設計計算的工程技術人員，對製導兵器總體設計、彈道和飛行方案設計、控製係統設計的工程技術人員以及高等院校與製導設計相關的飛行器總體、空氣動力學、飛行力學、製導與控製等專業的教師、本科生和研究生也有參考值。

文摘

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作者介紹

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《精確製導武器氣動設計與分析》 引言 在現代國防科技領域，精確製導武器（PGM）的發展是衡量一個國傢軍事技術水平的重要標誌。其核心能力之一在於對飛行器氣動特性的精確掌握和優化，以實現高精度、高效率的打擊任務。本書《精確製導武器氣動設計與分析》旨在係統、深入地探討製導兵器在飛行過程中所麵臨的氣動問題，並提供一套完整、實用的工程計算方法，以指導設計者和研究人員進行氣動優化，提升武器的整體性能。本書內容涵蓋瞭氣動基礎理論、數值模擬技術、典型氣動問題分析以及工程應用案例，力求為讀者構建一個全麵、立體的知識體係。 第一部分：製導兵器氣動基礎理論 本部分將從製導兵器特有的飛行環境和氣動特性齣發，建立必要的氣動理論基礎。 1.1 製導兵器飛行概述與氣動挑戰 1.1.1 製導兵器的典型飛行剖麵： 剖析導彈、製導彈藥等典型製導兵器從發射到擊中目標的整個飛行過程，包括助推段、巡航段、機動段、末段等不同階段。分析各階段的速度、高度、攻角、側滑角等關鍵飛行參數的變化規律。 1.1.2 製導兵器麵臨的氣動特性挑戰： 詳細闡述製導兵器在不同飛行條件下所遇到的主要氣動挑戰。這包括： 跨音速氣動特性： 導彈在亞音速、跨音速和超音速之間飛行時，氣動力的變化復雜且劇烈，尤其是在跨音速區間，激波的産生與發展導緻阻力激增、升力特性改變，對飛行穩定性與控製帶來嚴峻考驗。 高攻角氣動特性： 製導兵器在機動飛行過程中，可能長時間處於高攻角狀態。此時，傳統的綫性氣動理論不再適用，需要考慮非綫性氣動效應，如流動分離、渦流産生等，這些都會顯著影響氣動力、力矩以及飛行操縱性。 彈道耦閤效應： 飛行軌跡與氣動特性的相互影響。例如，不穩定的氣動性能可能導緻彈道偏離，而彈道變化又反過來影響氣動環境。 熱氣動耦閤： 高速飛行時，空氣摩擦産生的高溫會影響空氣的物理化學性質，進而影響氣動性能，甚至可能對結構造成熱損傷。 氣動彈性效應： 飛行過程中，氣動力作用在結構上可能導緻結構的變形，這種變形又會改變氣動載荷，形成反饋耦閤。 1.1.3 製導兵器氣動設計的關鍵性能指標： 明確衡量製導兵器氣動性能的關鍵指標，如： 升力與阻力特性： 效率（升阻比）、最大升力係數、阻力係數隨馬赫數、攻角的變化。 穩定性與操縱性： 靜安定性、動安定性、控製效率、機動能力（如過載能力）。 氣動熱環境： 飛行器錶麵溫度分布、熱流密度。 氣動噪聲： 飛行器氣動噪聲的産生機理及影響。 1.2 相似理論與無量綱參數 1.2.1 相似性原理在氣動研究中的應用： 介紹幾何相似、運動相似和物理性質相似等基本相似原理，以及它們在風洞試驗和數值模擬中的重要作用，如何通過相似物體來預測真實飛行器的氣動特性。 1.2.2 關鍵無量綱參數的物理意義與影響： 馬赫數（Mach Number）： 錶徵可壓縮性效應，區分亞音速、跨音速、超音速和高超音速流。 雷諾數（Reynolds Number）： 錶徵粘性效應，區分層流與湍流，影響邊界層特性和阻力。 普朗特數（Prandtl Number）： 錶徵動量傳遞與熱量傳遞的相對關係，影響傳熱過程。 斯圖魯哈數（Strouhal Number）： 描述周期性非定常現象，如渦脫落。 攻角（Angle of Attack, α）與側滑角（Angle of Sideslip, β）： 直接影響氣動力和力矩。 容積比、展弦比等幾何參數： 影響氣動效率和穩定性。 1.3 流動相似性與邊界條件 1.3.1 流動相似性的基本概念： 深入理解在不同飛行條件下，氣流流動的相似性條件，如何保證試驗和計算的代錶性。 1.3.2 邊界條件的物理錶徵： 壁麵邊界條件： 無滑移、無穿透、自由滑移、溫度邊界等。 自由來流邊界條件： 均勻來流、周期性邊界等。 齣口邊界條件： 壓力齣口、速度齣口等。 對稱邊界條件： 利用對稱性簡化計算域。 燃燒與排氣模擬相關的邊界條件： 針對發動機工作狀態。 第二部分：製導兵器氣動數值模擬方法 本部分將聚焦於現代氣動研究中不可或缺的數值模擬技術，提供一套完整的計算流程和方法論。 2.1 計算流體力學（CFD）基本原理 2.1.1 控製方程的推導與離散化： Navier-Stokes方程： 介紹三維、不可壓縮/可壓縮、定常/非定常、粘性/無粘流動方程組，以及其物理意義。 能量方程： 考慮溫度場和能量守恒。 湍流模型方程： RANS（雷諾平均方程）、LES（大渦模擬）、DNS（直接數值模擬）等模型的引入，解釋其適用性和計算成本。 離散化方法： 有限差分法、有限體積法、有限元法等，闡述它們的基本思想、優點與缺點。 2.1.2 網格生成技術： 結構網格與非結構網格： 介紹不同類型網格的特點，以及如何根據幾何形狀和流動特性選擇閤適的網格。 網格劃分策略： 幾何模型預處理、網格生成軟件的使用、網格質量檢查與優化（如網格密度、正交性、縱橫比等）。 自適應網格細化： 自動根據流動特性在關鍵區域（如激波、渦流區域）加密網格，提高計算精度和效率。 2.2 湍流模型及其選擇 2.2.1 常用雷諾平均（RANS）模型： 零方程模型（如混閤層流-湍流模型）： 簡單，適用於流動分離不顯著的情況。 單方程模型（如 Spalart-Allmaras 模型）： 廣泛應用於航空航天領域，特彆是外部流。 兩方程模型（如 $k-epsilon$、$k-omega$ 模型及其改進型）： 能夠較好地模擬邊界層和自由流區域的湍流特性，是目前應用最廣泛的模型。詳細介紹不同模型在描述湍流能量、耗散率等方麵的差異。 2.2.2 大渦模擬（LES）與直接數值模擬（DNS）： LES： 模擬大尺度渦結構，對小尺度渦進行亞網格模型處理，適用於非定常、分離流等復雜流動。 DNS： 直接求解Navier-Stokes方程，解析所有尺度的渦結構，計算量巨大，主要用於基礎研究或驗證目的。 2.2.3 針對製導兵器流動的湍流模型選擇原則： 結閤製導兵器飛行特點（如高馬赫數、高攻角、流動分離、激波-邊界層乾擾等），指導讀者如何選擇閤適的湍流模型。 2.3 高精度格式與數值方法 2.3.1 流動求解器： 有限體積法（FVM）： 在網格節點上進行積分，適用於處理復雜的幾何形狀和不均勻網格。 有限差分法（FDM）： 在網格點上進行近似，適用於規則網格，計算效率高。 有限元法（FEM）： 在單元上進行近似，適用於復雜幾何和多物理場耦閤。 2.3.2 高分辨率格式： 通量分裂方法（如AUSM、Roe等）： 適用於處理激波等強間斷。 迎風格式與中心差分格式的組閤： 平衡數值耗散與精度。 TVD（Total Variation Diminishing）格式、ENO（Essentially Non-Oscillatory）格式： 能夠精確捕捉激波和接觸間斷，避免數值振蕩。 2.3.3 求解算法： 隱式與顯式求解： 討論穩定性與效率的權衡。 多重網格（Multigrid）加速技術： 提高求解收斂速度。 並行計算技術： MPI、OpenMP等，提升大規模算例的計算效率。 2.4 激波與膨脹波處理 2.4.1 激波的産生機理與特徵： 詳細介紹斜激波、弓形激波、激波-激波相互作用等。 2.4.2 膨脹波的産生與傳播： 討論自由膨脹、連續膨脹等。 2.4.3 數值捕捉激波的方法： 結閤高分辨率格式，說明如何精確計算激波位置和強度，以及其對氣動力的影響。 2.4.4 激波-邊界層乾擾： 分析激波與邊界層相互作用時産生的流動分離、負壓區等現象，及其對氣動性能的負麵影響。 2.5 求解器配置與結果後處理 2.5.1 求解器設置： 物理模型選擇、求解參數設定（時間步長、收斂標準）、邊界條件設置等。 2.5.2 後處理技術： 雲圖顯示： 速度、壓力、溫度、湍動能等物理量的空間分布。 流綫、跡綫圖： 直觀展示流動模式，如渦結構、分離泡。 定量數據提取： 氣動力、力矩係數，錶麵壓力分布，激波位置等。 誤差分析與驗證： 與實驗數據或解析解進行對比，評估計算精度。 第三部分：製導兵器典型氣動問題分析與計算方法 本部分將針對製導兵器在設計和飛行中遇到的具體氣動問題，給齣詳細的分析框架和計算策略。 3.1 彈體外形優化與氣動布局設計 3.1.1 氣動布局的基本原則： 介紹彈頭形狀（圓錐形、鈍錐形、麯麵形）、彈體長度、彈翼（前翼、後翼、尾翼）布局、舵麵設計等對氣動性能的影響。 3.1.2 最小阻力外形設計： 概述： 追求高升阻比，減少飛行過程中的能量損失。 計算方法： 利用CFD對不同外形進行仿真，通過參數優化，尋找阻力最小的構型。考慮馬赫數、攻角等不同飛行狀態下的阻力特性。 尖頭與鈍頭彈頭的選擇： 分析不同頭部形狀在高亞音速、跨音速和超音速下的阻力錶現。 3.1.3 提高升力與機動性設計： 彈翼設計： 翼型選擇、展弦比、後掠角、翼梢設計等對升力係數、升力斜率的影響。 控製麵（舵麵）設計： 舵麵尺寸、位置、偏轉角範圍對控製力矩和操縱性的影響。 增升裝置： 如邊條翼、鴨翼等，分析其在産生渦流、增強升力方麵的作用。 3.1.4 穩定性和操縱性設計： 靜安定性： 計算氣動質心與彈體質心的相對位置。 動安定性： 計算阻尼力矩係數，評估飛行過程中的穩定性。 控製效率： 計算舵麵偏轉産生的力矩，確保有足夠的操縱能力。 3.1.5 氣動彈性與結構耦閤： 簡要介紹氣動彈性效應的初步評估方法，以及如何考慮其對氣動性能的影響。 3.2 跨音速氣動特性分析 3.2.1 跨音速流動的特點： 激波的形成、發展和移動，壓強奇點，流動分離等。 3.2.2 跨音速阻力激增（Wave Drag）： 分析原因（激波産生），以及如何通過外形設計（如麵積律）來減小。 3.2.3 跨音速升力與力矩特性變化： 攻角、側滑角對升力、俯仰力矩、偏航力矩的影響，以及其非綫性變化。 3.2.4 數值模擬的挑戰與技巧： 選擇閤適的湍流模型和高分辨率格式，保證對激波的準確捕捉。 3.3 高攻角氣動特性分析 3.3.1 高攻角流動現象： 流動分離、強渦流的産生與發展、邊界層特性改變。 3.3.2 非綫性氣動效應： 升力係數隨攻角非綫性增長，俯仰力矩發生突變（如失速），側嚮力與偏航力矩的齣現。 3.3.3 渦流的生成與控製： 邊條渦、前緣渦等，分析其對升力、阻力、穩定性的影響。 3.3.4 數值模擬的考慮： 需要使用能夠準確捕捉流動分離和渦結構的湍流模型（如LES或改進的RANS模型），以及精細的網格。 3.4 彈道穩定性與控製 3.4.1 飛行穩定性分析： 靜穩定性： 質心與氣動質心的相對位置。 動穩定性： 俯仰、偏航、滾轉運動的阻尼特性。 3.4.2 控製係統設計： 舵麵控製： PID控製、滑模控製等基本控製律在舵麵偏轉中的應用。 推力矢量控製（TVC）： 分析TVC的原理、結構以及其在提高機動性方麵的優勢，並給齣TVC的CFD建模方法。 3.4.3 彈道仿真與氣動影響： 利用氣動仿真結果，結閤動力學方程，進行彈道仿真，評估不同氣動特性對彈道精度和飛行穩定性的影響。 3.5 氣動熱效應分析 3.5.1 熱流密度與錶麵溫度計算： 粘性耗散： 高速流動時，粘性功轉化為熱能。 傳導、對流、輻射： 考慮不同傳熱方式。 3.5.2 求解耦閤方程： 引入能量方程，並進行氣動-熱耦閤計算。 3.5.3 材料選擇與熱防護： 結閤熱分析結果，為彈體材料選擇提供依據。 第四部分：工程應用案例與實踐 本部分將通過具體算例，展示如何將前述理論和方法應用於實際的製導兵器設計中。 4.1 典型製導彈藥氣動仿真分析 4.1.1 算例介紹： 選擇一種典型的製導彈藥（如空空導彈、對地攻擊彈藥）作為研究對象，詳細介紹其幾何模型、飛行環境參數。 4.1.2 網格劃分與CFD模型建立： 展示網格劃分過程，以及CFD求解器的具體配置。 4.1.3 不同飛行狀態下的氣動特性分析： 低速/中速飛行： 升阻特性、穩定性。 跨音速飛行： 阻力激增、控製麵效率變化。 高超音速飛行（如適用）： 激波陣列、氣動加熱。 高攻角機動： 渦流效應、非綫性氣動特性。 4.1.4 結果分析與優化建議： 對仿真結果進行詳細解讀，並提齣針對性的氣動外形或控製策略優化建議。 4.2 彈翼/控製麵設計與氣動性能評估 4.2.1 案例描述： 針對一個具有特定機動要求的製導兵器，進行彈翼或控製麵的設計與優化。 4.2.2 參數化設計與仿真： 通過改變彈翼/控製麵的幾何參數（如麵積、後掠角、翼型），進行多組CFD仿真。 4.2.3 性能對比與最優選擇： 對比不同設計方案下的升力、阻力、操縱性等指標，選齣最優設計。 4.3 針對特定環境的氣動適應性研究 4.3.1 案例描述： 研究製導兵器在特殊環境下的氣動性能，如高海拔、高密度空氣、或存在復雜氣流（如強風、湍流）的情況下。 4.3.2 考慮環境因素的CFD模擬： 如何在CFD模型中引入環境因素（如空氣密度、溫度梯度、風速剖麵）。 4.3.3 性能評估與應對策略： 分析環境因素對氣動特性的影響，並提齣相應的氣動設計或控製策略。 結論 本書全麵係統地梳理瞭製導兵器氣動特性的工程計算方法，從基礎理論到先進的數值模擬技術，再到具體的工程應用案例。通過深入理解和掌握這些方法，讀者將能夠更有效地進行製導兵器的氣動設計與分析，從而提升武器係統的整體性能，為國防科技的進步貢獻力量。未來的研究方嚮包括更高精度的湍流模型、多物理場耦閤模擬、以及基於人工智能的快速氣動設計等，這些都將為製導兵器的發展帶來新的突破。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我的最大感受是它的係統性和前沿性。雷娟棉和吳甲生老師在《製導兵器氣動特性工程計算方法》中，將製導兵器氣動特性的研究置於一個非常宏觀的視角下進行展開。從氣動力的基本理論，到復雜的數值模擬技術，再到實際的工程設計，幾乎涵蓋瞭所有關鍵的知識點。我印象深刻的是書中對高超聲速氣動特性的討論，以及如何處理非定常流動和激波耦閤等復雜問題。這些都是當前製導兵器研究領域的熱點和難點，本書在這方麵的闡述，既有深度又不失廣度。作者們不僅介紹瞭傳統的計算方法，還探討瞭一些新興的技術和發展趨勢，例如機器學習在氣動特性預測中的應用。這讓我看到瞭未來製導兵器氣動設計的發展方嚮，也為我今後的研究提供瞭新的思路。閱讀這本書的過程，就像是在與兩位資深專傢進行一場深入的學術交流，他們將自己寶貴的經驗和見解毫無保留地分享齣來，讓我受益匪淺。

評分☆☆☆☆☆

剛拿到這本《正版 製導兵器氣動特性工程計算方法》就迫不及待地翻開，盡管書名聽起來有點硬核，但打開後發現內容相當詳實，尤其是對於從事相關領域研究的朋友來說，絕對是一本值得珍藏的工具書。雷娟棉和吳甲生兩位老師在氣動特性計算方法上的鑽研，通過這本書得以淋灕盡緻地展現。內容涵蓋瞭從基礎理論到具體工程應用的各個環節，無論是數值模擬的各種方法，還是實驗數據的處理和分析，都進行瞭深入淺齣的闡述。我特彆欣賞書中對各種計算模型的詳細介紹，以及作者們對於不同方法適用條件的辨析，這對於我們在實際工作中選擇最適閤的工具至關重要。書中的圖錶清晰，公式推導嚴謹，閱讀過程中能夠感受到作者深厚的學術功底和豐富的實踐經驗。雖然有些章節涉及復雜的數學推導，但作者依然努力地用易於理解的方式呈現，力求讓讀者能夠掌握核心概念。這不僅僅是一本技術手冊，更像是一位經驗豐富的導師，在細緻地指導我們如何解決製導兵器氣動特性計算中的難題。對於想要提升這方麵專業技能的研究生和工程師來說，這本書無疑是極佳的學習資料。

評分☆☆☆☆☆

作為一名剛入行不久的製導兵器領域從業者，我之前在氣動特性計算方麵一直感覺有些力不從心，理論知識和實際操作之間總是有隔閡。直到我接觸到這本《正版 製導兵器氣動特性工程計算方法》，我纔感覺自己找到瞭一把金鑰匙。書中的內容循序漸進，從基礎概念的講解，到復雜模型的構建，再到結果的解讀，都安排得非常閤理。作者們用一種非常清晰易懂的語言，解釋瞭許多原本看起來非常抽象和復雜的概念。我尤其喜歡書中提供的各種算例，這些算例不僅展示瞭計算方法的具體操作步驟，還深入剖析瞭每一步背後的物理意義。這讓我不再僅僅是“照貓畫虎”，而是真正理解瞭為什麼這樣做，以及這樣做能夠帶來什麼樣的結果。對於我這樣的初學者來說，這本書的價值簡直是無法估量。它不僅解答瞭我心中的很多疑問，還極大地增強瞭我解決實際問題的信心。

評分☆☆☆☆☆

說實話，一開始拿到這本《製導兵器氣動特性工程計算方法》的時候，我以為它會是一本枯燥乏味的教科書，充滿瞭晦澀難懂的公式和理論。然而，讀完之後，我不得不承認我之前的看法是多麼的片麵。這本書以一種非常實際和工程化的視角來探討製導兵器氣動特性的計算。作者們並沒有僅僅停留在理論層麵，而是將理論與實際應用緊密結閤，提供瞭大量解決實際工程問題的思路和方法。我尤其贊賞書中關於模型驗證和不確定性分析的部分，這在實際工程中是至關重要的，但往往容易被忽視。書中詳細講解瞭如何通過實驗數據來驗證計算模型的準確性，以及如何量化和管理計算結果中的不確定性，這對於確保製導兵器設計的可靠性和安全性具有不可估量的價值。此外，書中的案例分析也做得非常到位，通過具體的例子，生動地展現瞭計算方法的應用過程，讓讀者能夠更直觀地理解抽象的理論。總的來說，這本書不僅提供瞭技術上的指導，更重要的是培養瞭一種嚴謹的工程思維。

評分☆☆☆☆☆

這本書的價值在於它提供瞭一種“知其然，更知其所以然”的學習路徑。很多關於製導兵器氣動特性的計算方法，在網上或者其他教材中可能都能找到，但往往隻是羅列公式和步驟，缺乏對背後的物理原理的深入挖掘。而《正版 製導兵器氣動特性工程計算方法》這本書，則恰恰彌補瞭這一不足。雷娟棉和吳甲生老師在講解每一個計算方法時，都會追溯到最根本的物理規律，並且詳細分析瞭這些方法是如何從基本原理推導齣來的。這使得我們在應用這些方法時，不再是盲目套用，而是能夠根據實際情況，靈活地調整和優化。書中對於不同氣動效應的物理機製的闡述，也讓我對製導兵器在復雜環境下的行為有瞭更深刻的理解。總而言之，這本書不僅僅是一本技術指導書，更是一本能夠幫助讀者建立紮實理論基礎，培養批判性思維的優秀讀物，強烈推薦給所有對製導兵器氣動特性感興趣的朋友。