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1 绪论1

1.1 高超声速飞行器防御系统的发展及现状1

1.1.1 国家高超声速飞行器防御系统（NMD）的组成及其技术依托2

1.1.2 战区高超声速飞行器防御系统（TMD）的组成及其技术依托5

1.1.3 动能拦截弹的发展与现状6

1.1.4 俄罗斯国家反高超声速飞行器防御系统9

1.2 高超声速飞行器技术的发展及现状10

1.2.1 美国高超声速飞行器技术10

1.2.2 俄罗斯高超声速飞行器技术10

1.2.3 其他国家高超声速飞行器技术12

1.2.4 中国高超声速飞行器技术的发展及现状12

1.3 高超声速飞行器空间隐身飞行技术方法15

1.3.1 高超声速飞行器隐身技术特性15

1.3.2 高超声速飞行器红外隐身飞行技术19

1.4 高超声速飞行器低温冷屏蔽系统的研究现状25

1.4.1 国外研究现状25

1.4.2 国内研究现状27

1.5 主要研究内容及意义29

2 高超声速飞行器红外隐身技术方案31

2.1 研究内容31

2.1.1 红外低温冷屏蔽系统冷蒸气排放控制研究31

2.1.2 红外低温冷屏蔽系统空间低温流体运动状态研究32

2.1.3 红外低温冷屏蔽系统分层蓄液制冷过程研究32

2.1.4 红外低温冷屏蔽系统饱和蒸气出口扩压分流技术研究33

2.1.5 红外低温冷屏蔽系统近三相点制冷过程研究34

2.2 研究目标35

2.3 输入条件35

2.4 系统模型初步方案36

2.4.1 基本原理36

2.4.2 基本物理模型36

2.4.3 空间制冷过程分析38

2.5 空间红外低温冷屏蔽系统模型40

2.5.1 冷屏基本结构模型40

2.5.2 主要构件物理参数计算45

3 高超声速飞行器冷屏蔽系统低温吸附特性研究47

3.1 可用于低温吸附的毛细材料分类47

3.1.1 低温吸附实验用毛细材料47

3.1.2 毛细材料内部孔隙结构48

3.2 毛细材料低温吸附特性49

3.2.1 低温流体毛细渗流基本概念49

3.2.2 立方结构毛细吸附提升模型分析52

3.3 毛细材料中流体流动控制方程54

3.3.1 单相渗流过程54

3.3.2 两相渗流过程57

3.3.3 通用控制方程的离散63

3.4 毛细材料中低温流体流场数值模拟67

3.5 毛细材料对低温流体物理性能影响实验研究68

3.5.1 真空度变化时液氮饱和温度变化规律69

3.5.2 真空度变化时液氮稳定性实验研究71

3.5.3 真空度变化时毛细材料内带绝热过热沸腾实验72

3.5.4 真空度变化时毛细材料内无绝热过热沸腾实验73

3.6 毛细材料吸附提升液氮实验过程73

3.6.1 实验方法及装置73

3.6.2 实验数据整理及分析74

3.6.3 毛细材料吸附提升液氮高度78

3.7 本章小结81

4 冷屏蔽系统单元模型数值模拟及实验研究82

4.1 单元模型对象的选取82

4.2 单元模型传热数值模拟85

4.3 单元模型表面温度及热流分布规律90

4.3.1 蓄液高度变化时表面温度及热流分布90

4.3.2 系统压力变化时表面温度及热流分布96

4.3.3 联结冷却管路时表面温度及热流分布98

4.3.4 辐射强度变化时表面温度及热流分布101

4.3.5 冷屏蔽系统底部表面温度及热流分布102

4.4 单元模型流场数值模拟104

4.4.1 单元模型内无填充材料105

4.4.2 单元模型内填充毛细材料107

4.5 单元模型表面温度分布实验108

4.6 本章小结116

5 高超声速飞行器冷屏蔽系统数学模型及数值模拟118

5.1 红外低温冷屏蔽系统物理模型简化118

5.2 系统数学模型基本形式119

5.2.1 蒸气出口管路局部参数关系式119

5.2.2 绝热起动过程中系统压力与时间对应关系式120

5.2.3 绝热起动过程中空间环境压力与时间对应关系式122

5.2.4 中段飞行过程中系统内部流量关系式122

5.3 风洞实验的数值模拟123

5.3.1 穿越大气层时弹头表面流场数值模拟124

5.3.2 穿越大气层时排气管路流场数值模拟125

5.4 系统模型内部流场数值模拟126

5.4.1 空间双进口加注系统模型流场数值模拟126

5.4.2 中段飞行过程中系统模型流场数值模拟130

5.4.3 2000型无底通用系统模型流场数值模拟133

5.4.4 控制节流效应出口截面与系统压力对应关系138

5.5 系统模型节流减压制冷过程139

5.5.1 节流制冷过程分析139

5.5.2 双压阀模型及其流场数值模拟142

5.5.3 双压控制减压阀实验研究148

5.6 本章小结150

6 高超声速飞行器冷屏蔽系统实验研究151

6.1 真空实验装置151

6.2 静态实验研究154

6.2.1 控制系统压力35.0 kPa时表面温度分布154

6.2.2 控制系统压力12.5 kPa时表面温度分布156

6.3 动态实验研究158

6.3.1 垂直旋转时表面温度分布158

6.3.2 水平旋转时表面温度分布159

6.4 大气环境中系统模型静态实验表面温度分布160

6.5 地面实验过程与空间运行过程的差异162

6.6 本章小结163

7 高超声速飞行器低温红外隐身关键技术方法165

7.1 红外低温冷屏蔽系统冷蒸气排放控制技术165

7.2 红外低温冷屏蔽系统毛细材料低温吸附提升技术166

7.3 红外低温冷屏蔽系统分层蓄液制冷技术167

7.4 红外低温冷屏蔽系统饱和蒸气一次扩压分流技术168

7.5 红外低温冷屏蔽系统过热蒸气二次扩压分流技术169

7.6 红外低温冷屏蔽系统低温流体自密封加注技术170

7.7 自增压空间低温红外辐射冷屏蔽系统171

7.8 空间宽频谱隐身飞行技术方法172

8 结论与展望174

8.1 结论174

8.2 展望176

参考文献177

附录182

后记193