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第一章 绪论1

第一节 力学与航空航天1

第二节 新型飞行器发展态势3

一、国际上新型飞行器发展态势3

二、我国新型飞行器发展态势与任务使命21

第三节 新型飞行器对力学的新需求和新挑战22

一、空气动力学23

二、固体力学25

三、动力学与控制26

四、试验与数值模拟26

第四节 未来发展思考和建议27

参考文献28

第二章 先进战斗机气动设计的发展与挑战30

第一节 引言30

第二节 目前气动设计的研发体系31

一、气动设计的任务和手段31

二、CFD的发展34

三、风洞试验的创新36

第三节 当前面临的需求与挑战37

一、气动与“X”综合优化设计37

二、精益敏捷的气动设计流程提升38

三、减阻设计和阻力的精确确定39

四、非定常气动力40

五、流动控制技术41

第四节 结束语42

参考文献42

第三章 空气动力学的新问题43

第一节 引言43

第二节 为什么会有新问题44

第三节 新问题是什么48

参考文献49

第四章 高超声速飞行器气动特性与湍流问题50

第一节 问题提出50

第二节 相关研究发展态势52

一、复杂多效应耦合作用52

二、流动转捩与层流分离问题57

三、飞行器气动布局与动态特性59

第三节 当前面临的需求和挑战62

第四节 未来发展建议64

参考文献65

第五章 高超声速气动热力学问题67

第一节 背景需求67

一、发展大气层内高速飞行器的需求70

二、可重复使用天地往返运输系统的需求71

三、载人航天和深空探测未来发展的需求72

第二节 国外研究现状和发展态势73

第三节 国内研究现状和发展态势75

第四节 关键问题和挑战76

一、高温气体与非平衡效应及其建模76

二、非平衡流场的地面模拟与流场重构77

三、气动热环境与材料表面的多物理场/多尺度耦合作用机制79

第五节 未来发展重点与建议84

参考文献86

第六章 飞行器流动控制问题87

第一节 问题提出87

第二节 相关研究发展态势88

一、格尼襟翼88

二、涡流发生器89

三、仿生流动控制技术90

四、环量控制91

五、合成射流92

六、等离子体激励器93

第三节 当前面临的需求与挑战94

一、技术性问题94

二、可靠性问题95

三、工艺性问题95

第四节 未来发展建议96

一、先进实验技术及数值方法研究96

二、流动控制基础研究96

三、流动控制应用研究96

四、流动控制新方法研究97

五、飞行器总体及流动控制应用一体化设计研究97

六、发展路径及可行性分析97

参考文献97

第七章 飞行器低雷诺数流动问题99

第一节 问题提出99

第二节 相关研究发展态势100

一、经典层流分离泡理论及相关的新发现101

二、低雷诺数气动特性的非线性特征105

三、低雷诺数流动的数值模拟和风洞试验107

四、低雷诺数流动三维效应111

第三节 当前面临的需求和挑战112

一、低雷诺数效应对飞行器性能的影响112

二、低雷诺数气动特性预测精度113

三、低雷诺数流动机理、演化规律及低雷诺数效应的有效抑制114

四、低雷诺数飞行器伴随的飞行力学响应和气动弹性问题115

参考文献116

第八章 新型空天推进系统中的力学问题118

第一节 问题提出118

第二节 相关研究发展态势119

一、新型推进系统基本原理119

二、高超声速流动机理及控制理论研究123

三、超声速燃烧机理及燃烧增强机制研究125

四、超声速传热机理及先进发动机热防护方法研究128

第三节 当前面临的需求与挑战130

一、超燃冲压发动机130

二、爆震发动机131

三、组合循环发动机132

第四节 未来发展建议133

参考文献134

第九章 飞行器轻质结构力学问题135

第一节 问题提出135

第二节 新概念飞行器结构优化设计理论136

一、新一代结构拓扑优化理论与方法136

二、多目标多约束近似模型的优化理论与方法137

三、飞行器非确定性结构优化设计理论与方法137

四、面向考虑制造特征的飞行器结构优化理论与方法137

第三节 新概念飞行器结构力学138

一、可展开结构力学性能分析与设计138

二、智能结构力学性能分析与设计139

三、整体结构力学性能分析与设计139

四、考虑集中力扩散的结构力学性能分析与设计140

第四节 未来发展建议140

参考文献141

第十章 多功能/智能材料与微系统力学问题143

第一节 问题提出143

第二节 相关研究发展态势145

一、基于压电材料的振动控制系统145

二、自给、自感知与自适应智能微系统146

三、植物物质运输多功能系统与仿真系统147

四、自愈合材料与微系统148

五、基于柔性介电弹性体材料的变形结构149

六、基于智能材料的变体飞行器结构150

七、基于高应变聚合物复合材料的空间可展开结构151

八、基于形状记忆聚合物复合材料的空间可展开结构152

九、力学相关方向发展态势153

第三节 当前面临的需求与挑战156

一、主动大变形纤维增强复合材料的力学行为156

二、变形/承载一体化、变刚度的多功能材料技术157

三、多物理场耦合作用条件下的多功能材料力学行为157

四、轻质/大输出力的驱动材料及其器件技术158

第四节 未来发展建议158

一、自感知、自适应多功能材料与微系统的设计与研制159

二、主动大变形复合材料及其结构的力学行为研究159

三、多功能材料与微系统多场耦合条件下的本构理论研究160

四、多功能材料与微系统的结构力学性能和失效行为表征160

参考文献161

第十一章 高温材料与结构力学问题162

第一节 问题提出162

第二节 相关研究发展态势164

第三节 当前面临的需求与挑战169

一、高温性能测试与表征技术的局限性169

二、高温材料体系的复杂性170

三、高温本构关系与强度理论的挑战性170

四、材料高温行为研究的多学科性171

第四节 未来发展建议171

参考文献172

第十二章 多物理化学场耦合力学问题173

第一节 问题提出173

第二节 相关研究发展态势174

一、体烧蚀问题日益受到重视175

二、局部细观烧蚀与氧化损伤受到广泛关注176

三、烧蚀过程的多物理机制耦合现象凸显178

四、非平衡烧蚀及非空气介质烧蚀在防热分析中的重要性提高179

五、力/热/氧综合考核及多变量测试技术需求明显180

第三节 当前面临的需求与挑战181

一、高声速飞行器不同气动加热环境下材料耐热极限的确定与准确预示181

二、防热材料与结构向轻质、薄层、高可靠方向发展，但现有研究基础仍难以对材料的工艺改进做出有效支撑182

三、化学动力学基本参数及烧蚀传热中的基础物性参数缺乏182

四、可用于基础研究表征物理/化学反应耦合现象的实验与测试手段不足183

第四节 未来发展建议183

一、复杂组分与复杂形态化学反应特性与宏观烧蚀建模研究183

二、材料细观烧蚀原理与建模研究183

三、材料体烧蚀原理与建模研究184

四、非稳态流动、燃烧与非附着流动的烧蚀建模问题184

五、材料氧化、流失、内部热解过程等与气体流动的综合建模与模拟184

六、烧蚀建模及理论预测的不确定度研究185

七、复杂力/热加载条件的地面模拟再现试验与测试技术185

参考文献185

第十三章 大尺寸航天器结构动力学问题187

第一节 问题提出187

第二节 相关研究发展态势190

一、柔性附件展开动力学190

二、充液航天器动力学191

三、组合体柔性动力学192

四、不确定性动力学193

五、连接结构非线性动力学194

六、大型动力学试验195

第三节 当前面临的需求与挑战196

一、充液航天器动力学196

二、组合体柔性动力学196

三、不确定性动力学197

四、连接结构非线性动力学197

五、大型动力学试验197

第四节 未来发展建议197

参考文献198

第十四章 高超声速飞行器结构动力学问题200

第一节 问题提出200

第二节 飞行器动态载荷环境特征202

一、飞行器载荷量级高202

二、气动热环境严酷203

三、多次、重复载荷环境204

第三节 当前面临的需求与挑战204

一、大型复杂结构动力学建模与仿真205

二、结构声振耦合响应分析问题205

三、高超声速飞行器气动弹性与热气动弹性问题205

四、高超声速飞行器气动伺服弹性与热气动伺服弹性问题206

五、热防护结构/热结构损伤与寿命评估问题206

六、飞行器高温动力学响应分析问题207

七、飞行器力热复合试验技术问题208

第四节 未来发展建议208

参考文献209

第十五章 高超声速风洞气动试验数据相关理论与关联方法210

第一节 问题提出210

第二节 风洞数据相关性研究进展212

一、高超声速风洞实验技术发展212

二、气动力关联方法研究进展214

三、气动热关联方法研究进展215

第三节 风洞实验数据多空间相关理论217

第四节 泛函优化数据关联方法219

第五节 相关理论和关联方法的验证与应用221

第六节 当前面临的需求和挑战227

第七节 未来发展建议228

参考文献229

第十六章 验证和确认与不确定性量化问题231

第一节 问题提出231

第二节 相关研究发展态势233

一、建模与模拟的验证与确认方法论233

二、模型验证与确认在飞行器结构分析中的应用235

三、基于非确定性的结构设计238

四、不确定性量化方法239

第三节 当前面临的需求与挑战242

一、复杂环境下先进飞行器系统不确定源辨识及表征242

二、模型确认方法需要进一步发展与完善243

三、先进飞行器系统高效不确定多学科优化设计244

四、试验能力与成本限制带来的挑战244

第四节 未来发展建议245

参考文献247

第十七章 虚拟试验与数字孪生问题249

第一节 问题提出249

第二节 相关研究发展态势251

一、复合材料结构虚拟测试技术现状251

二、复合材料结构虚拟测试的常用软件与发展方向253

三、利用“数字孪生”方法进行飞行器结构寿命预测的概念内涵254

第三节 当前面临的需求与挑战257

一、多场耦合分析方法257

二、多尺度破坏建模257

三、将结构有限元与破坏模型紧密结合258

四、不确定性的定量、建模和控制258

五、对共享的大数据库的操作259

六、高分辨率的结构分析能力259

第四节 未来发展建议259

参考文献261

第十八章 力学前沿与创新应用问题262

第一节 问题提出262

第二节 仿生力学与未来飞行器263

第三节 软体机器人与可变形飞行器264

第四节 基于柔性电子技术的智能蒙皮/隐身/人机融合飞行器266

第五节 神经网络动力学与未来飞行器268

第六节 智能健康监测与未来飞行器270

参考文献272

关键词索引274