高超聲速再入飛行器IXV的研製與飛行試驗

第1章 歐洲可重複使用運載器技術的發展歷程
1．1 歐洲早期的重複使用運載器研究專案
1．1．1 使神號
1．1．2 森格爾
1．2 歐空局的相關研究計畫與技術方案
1．2．1 研究計畫
1．2．2 典型技術方案與驗證專案
參考文獻

第2章 IXV總體方案
2．1 研製背景概述
2．2 IXV構型演變
2．3 總體參數與系統組成
2．4 任務剖面及全程飛行軌跡
2．4．1 任務剖面
2．4．2 全程飛行軌跡
2．4．3 再入走廊設計
2．5 氣動佈局方案
2．6 飛行控制總體方案
2．6．1 執行機構配置方案
2．6．2 執行機構使用策略
2．7 總體佈局
2．8 總裝及運輸方案
參考文獻

第3章 IXV氣動力特性
3．1 概述
3．2 坐標系和相關符號
3．3 氣動特性研究
3．3．1 跨聲速特性
3．3．2 超聲速特性
3．3．3 高超聲速特性
3．4 典型流場特性研究
3．4．1 試驗介紹
3．4．2 結果分析
3．5 真實氣體效應和稀薄氣體效應研究
3．5．1 真實氣體效應
3．5．2 稀薄氣體效應
3．6 氣動資料庫
參考文獻

第4章 IXV氣動熱特性
4．1 概述
4．2 輸入條件
4．2．1 再入軌跡
4．2．2 襟翼偏轉範圍
4．2．3 側滑角範圍
4．3 研究方法
4．3．1 CFD研究
4．3．2 風洞試驗
4．3．3 CFD／測熱試驗相互校驗
4．3．4 氣動熱環境資料庫技術
4．4 典型氣動熱問題研究
4．4．1 壁面催化效應
4．4．2 激波／激波干擾效應
4．4．3 TPS凸台干擾效應
參考文獻

第5章 IXV熱防護與結構設計
5．1 概述
5．2 熱防護設計
5．2．1 熱防護設計思路
5．2．2 熱防護方案
5．2．3 端頭熱防護設計
5．2．4 迎風面熱防護設計
5．2．5 襟翼的熱防護設計
5．2．6 熱防護材料特性
5．3 結構設計
5．4 分離機械裝置
參考文獻

第6章 IXV任務管理與飛行控制設計
6．1 概述
6．2 系統架構
6．3 飛行模式
6．4 導航方案設計
6．4．1 導航功能與模式
6．4．2 再入導航實現
6．5 制導方案設計
6．5．1 制導功能與模式
6．5．2 再入制導實現
6．6 控制方案設計
6．6．1 控制功能與模式
6．6．2 再入控制實現
6．7 控制執行機構
6．8 飛行控制模擬
6．9 飛行軌跡模擬
參考文獻

第7章 ⅨV電氣系統方案
7．1 概述
7．2 電氣總體架構
7．3 電源系統設計
7．4 遙測跟蹤系統設計
7．5 資料處理系統設計
7．6 測量系統設計
7．6．1 先進測量感測器
7．6．2 常規測量感測器
7．6．3 感測器設計架構
7．7 襟翼控制子系統
7．8 主要單機方案
7．8．1 導航敏感器
7．8．2 高可靠器載電腦
參考文獻

第8章 ⅨV熱控系統方案
8．1 概述
8．2 熱控總體設計方案
8．2．1 飛行器相關改進設計及其對熱控系統設計的影響
8．2．2 IXV熱控系統新型架構
8．2．3 IXV熱控系統新架構性能
8．3 推進系統熱控
8．3．1 方案概述
8．3．2 系統幾何數學模型／熱數學模型的描述和結果
8．3．3 RCS熱控幾何數學模型／熱數學模型
8．3．4 Sinda-Fluint RCS模型
參考文獻

第9章 IXV下降與回收系統設計
9．1 概述
9．2 工作流程
9．3 系統設計
9．4 啟動策略
9．5 安裝流程
參考文獻

第10章 IXV地面試驗
10．1 概述
10．2 整器振動試驗
10．3 器箭分離試驗
10．4 熱防護蓋板力學試驗
10．5 熱防護蓋板熱載荷相關試驗
10．6 濺落回收試驗
參考文獻

第11章 IXV首次飛行試驗
11．1 概述
11．2 試驗要求
11．2．1 試驗任務要求
11．2．2 主要試驗要求
11．3 試驗項目
11．4 飛行試驗方案
11．4．1 試驗系統組成
11．4．2 任務剖面
11．4．3 首飛飛行時序
11．5 飛行試驗結果初步分析
11．6 關鍵技術驗證分析
11．6．1 一體化升力式再入飛行器總體設計技術
11．6．2 軌道再入熱防護材料體系
11．6．3 熱防護與熱結構設計技術
11．6．4 軌道再入導航制導與控制技術
參考文獻

第12章 IXV與X-37B飛行試驗比較分析
12．1 X一37B及飛行試驗概況
12．2 IXV與X-37B主要技術方案對比
12．3 IXV、X-37B對重複使用飛行器研製的啟示
參考文獻

第13章 後續展望
13．1 IXV的後續發展——ISV
13．2 歐洲的其他重複使用飛行器發展專案
13．2．1 USV3
13．2．2 SKYLON
13．3 歐洲重複使用運載器發展特點

2015年2月11日，歐洲高超聲速再入飛行器Intermediate Experimental Vehicle（IXV）首次飛行試驗取得圓滿成功，此次飛行試驗是21世紀以來繼美國成功完成X-37B的三次軌道飛行試驗之後，其他國家首次進行針對升力體式軌道再入返回關鍵技術開展的飛行演示驗證試驗，此次試驗格外引入關注。IXV作為歐空局未來運載器準備計畫（FLPP）的一個技術驗證平臺，是歐洲探索可重複使用技術的關鍵一環，也是歐洲發展可重複使用空天飛行器的一次成功驗證，使歐洲走出了一條獨特的可重複使用發展道路。IXV飛行試驗成功驗證了從近地軌道自主再入的最先進技術，具有里程碑式的意義，對歐洲重複使用天地往返空天飛行器研製具有深遠影響，同時，對我國重複使用天地往返空天飛行器的研製也具有一定的借鑒性。

本書系統搜集、整理並剖析了IXV研製過程中的先進技術方案和設計方法。全書共分13章，涵蓋IXV研製和試驗的各個方面，包括總體設計、氣動力／熱設計、分系統設計、大型地面試驗及飛行試驗等內容。第1章介紹了歐洲可重複使用技術的發展歷程，包括歐洲早期重複使用運載器研究專案、歐空局發起的研究計畫及技術方案與驗證專案，IXV研製背景；第2章為飛行器總體方案，介紹了IXV的總體參數與系統組成、任務剖面及全程飛行軌跡、氣動佈局方案、飛行控制總體方案、總裝及運輸方案；第3章為IXV氣動力特性，系統介紹了開展的風洞試驗和數值計算等氣動力設計工作；第4章為IXV氣動熱特性，系統介紹了開展的風洞試驗和數值計算等氣動熱設計工作；第5章為IXV熱防護與結構設計，詳細地介紹了IXV熱防護和冷結構方案，包括熱防護系統設計思路、總體方案、端頭／迎風面／襟翼的熱防護設計、主承力結構形式、舵面傳動機構設計、器箭分離裝置設計等；第6章為IXV任務管理與飛行控制設計，介紹了GNC系統架構、飛行模式以及導航、制導與控制的詳細設計方案及模擬驗證；第7章為IXV電氣系統方案，介紹了IXV電氣系統總體方案，包括總體架構、電源／遙測跟蹤／資料處理／測量系統設計、襟翼控制子系統以及主要單機的設計等內容；第8章為IXV熱控系統方案，重點介紹了IXV針對熱控改進方案所開展的飛行器整體結構改進及熱控性能、推進系統熱控等內容；第9章為IXV下降與回收系統設計，介紹了IXV下降及回收系統的工作流程、系統設計、啟動策略以及安裝流程；第10章為IXV地面試驗，介紹了IXV主要的大型地面試驗，包括整器振動試驗、器箭分離試驗、熱防護蓋板力學試驗、熱防護蓋板熱載荷相關試驗和掛飛投放濺落回收試驗；第11章為IXV首次飛行試驗，重點介紹了IXV詳細試驗方案、試驗結果分析及關鍵技術驗證分析，包括試驗目的、試驗內容、試驗系統組成、任務剖面、首飛飛行時序及飛行試驗結果等；第12章比較分析了IXV和X-37B飛行試驗，介紹了X-37B及其試驗概況，對比分析了IXV和X-37B的主要技術方案，並總結了IXV和X-37B對重複使用飛行器研製的啟示；第13章簡述了IXV的後續發展及歐洲其他重複使用飛行器項目，並總結了歐洲可重複使用技術發展的特點。

本書由中國運載火箭技術研究院楊勇、陳洪波組織編寫，並負責全書的統稿工作。參與本書編寫的其他人員及分工具體如下：康開華參與了本書第1章和第13章的編寫，黃喜元參與了第1章、第10章、第11章和第12章的編寫及全書的部分統稿工作，解靜參與了本書第3章的編寫，李小豔參與了本書第4章的編寫，陳永強參與了第5章和第9章的編寫，孫光參與了第2章和第6章的編寫，陳燦輝參與了第7章和第8章的編寫，陳尚參與了第10章的編寫，滿益明、李永遠參與了本書第2章的編寫。本書在編寫過程中得到了各級領導和主管機關的大力支持和指導，朱禮文、穆元良、劉玉林、茹家欣等退休專家為本書的撰寫提出了寶貴的意見，在此一併表示衷心的感謝。

由於作者理論和學術水準有限，書中難免有不足和錯誤之處，懇請讀者批評和指正。