高超声速飞行器技术研究中心

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高超声速飞行器技术突破探究

高超声速飞行器技术突破探究高超声速飞行器是指飞行速度超过音速5倍以上的飞行器。

相比传统的亚音速和超音速飞行器，高超声速飞行器具有更高的速度、更大的机动能力以及更强大的打击力，被认为是未来军事技术发展的重要方向之一。

近年来，全球范围内科学家和研究机构不断努力，试图突破高超声速飞行器技术的限制，以满足国家安全和军事需求。

高超声速飞行器技术的突破探究涉及多个关键领域和关键技术。

首先，需要解决的是材料和热防护技术。

由于高超声速飞行器飞行时受到极高的温度和压力影响，传统材料无法承受这样的环境，因此需要开发新材料和热防护技术，以确保飞行器在高速飞行状态下的耐久性和安全性。

其次，飞行器的动力系统也是一个关键问题。

高超声速飞行器需要具备强大的发动机推力，以克服巨大的风阻和惯性阻力。

传统的喷气发动机和火箭发动机无法满足高超声速飞行器的需求，因此需要采用新型的推进系统，如超燃冲压发动机和核能推进系统，以实现高超声速飞行器的高速和机动性。

此外，导航和控制系统也是高超声速飞行器技术突破的关键。

在高速飞行过程中，导航和控制系统需要具备高度的精确性和灵活性，以应对复杂的飞行环境和任务需求。

同时，高超声速飞行器的机动能力也对控制系统提出了更高的要求，需要提供更精确和快速的响应，以实现飞行器的稳定和精确的机动性。

此外，高超声速飞行器还需要具备高度的隐身性能。

尽管高超声速飞行器的速度非常快，但由于其击打目标的时间窗口非常短暂，被发现的风险也相应增加。

因此，高超声速飞行器需要采用隐身技术，减小被探测的概率，提高生存能力和任务执行的成功率。

综上所述，高超声速飞行器技术突破探究需要解决材料和热防护技术、动力系统、导航和控制系统以及隐身性能等多个关键问题。

在这些关键领域中，科学家和研究机构正不断寻求突破，并取得了一些重要进展。

例如，新型的超燃冲压发动机和核能推进系统正在不断研究和开发中，新材料和热防护技术也在逐渐成熟。

同时，导航和控制系统以及隐身技术也得到了长足发展。

高超声速飞行器气动布局与操稳特性研究

航空科学技术Aeronautical Science &TechnologyNov.252020Vol.31No.1147-53高超声速飞行器气动布局与操稳特性研究左林玄*，尤明航空工业沈阳飞机设计研究所，辽宁沈阳110035摘要：本文介绍了高超声速飞行器气动布局分类,对钟形体布局、升力体布局、乘波体布局、翼身融合布局进行了分析说明，总结了高超声速飞行器气动布局的发展方向。

从稳定性和操纵性的维度对高超声速飞行器的操稳特性进行了分析，重点分析了在纵向静稳定性、航向静稳定性、副翼操纵效率、方向舵操纵效率等方面，高超声速飞行器区别于传统飞机的特点。

基于高超声速飞行器的操稳特性，给出了高超声速飞行器可行的升降舵、副翼、方向舵的使用策略。

关键词：高超声速飞行器；气动布局；操稳特性；乘波体布局；翼身融合布局中图分类号：V221.3文献标识码：A DOI ：10.19452/j.issn1007-5453.2020.11.006高超声速飞行器是指飞行高度在20~100km 之间，速度超过马赫数5的快速新型飞行器[1]，高超声速飞行技术是继发明飞机实现飞行、突破声障实现超声速飞行后，航空航天史上又一项具有划时代意义的新技术。

高超声速飞行器既包含以吸气式发动机为动力的飞行器，也包含无动力或采用其他推进方式的可重复使用运载器、再入飞行器等。

高超声速技术涉及总体、气动、推进、结构、材料、热防护、控制等众多学科，对科技和工业的发展具有极大的带动作用。

因此，世界各军事强国积极探索高超声速技术，按照近期目标为高超声速巡航导弹、中期目标为高超声速飞机、远期目标为空天飞机持续开展相关技术研究，包括美国的Hyper -X 计划、HyFly 计划、HyTech 计划等，俄罗斯的“冷”计划、“鹰”计划等，法国的组合吸气式发动机计划（JAPHAR ），英国的“云霄塔”等[2-6]。

本文从高超声速飞行器气动布局与操稳特性角度出发，对典型的高超声速飞行器气动布局进行分析，并分别从稳定性、操纵性、机动性等方面对高超声速飞行器的操稳特性进行分析与评估。

超音速飞行器的研究现状及展望

超音速飞行器的研究现状及展望随着人类对于高速航空技术的追求，超音速飞行器的研究逐渐成为航空领域的热门话题。

超音速飞行器是指在大气层内飞行时速度达到或超过音速（340米/秒）的飞行器。

超音速飞行器的研制能够提高飞行速度、降低飞行时间和成本，同时还能为军事领域的快速打击提供可能性。

本文将对超音速飞行器的现状和未来进行展望。

一、研究现状1. 美国X-43A飞行器美国国家航空航天局（NASA）研制的X-43A飞行器是目前最快的超音速飞行器，它于2004年11月在美国加利福尼亚州的埃德华兹空军基地进行了一次不到十秒的飞行试验，速度达到了10.6马赫（约3.1千米/秒）。

X-43A采用了约0.5米长的无人机，采用氢气作为燃料，安装了一个气动热制动系统，可以快速制动，避免因高速导致的结构损坏。

2. 中国DF-ZF高超声速飞行器中国2014年公开了一种名为DF-ZF的高超声速飞行器，被认为是中国发展高超声速武器的先驱。

DF-ZF的速度是高超声速，即超过5马赫，有报道称其速度接近马赫10。

这种飞行器采用了三个分离级技术，通过光纤和无线电遥测连接，可以在大气层内完成大规模试验和计算机模拟。

3. 印度超音速飞行器计划印度也加入了超音速飞行器竞赛，其超音速飞行器计划是一个被称为“超音速技术试飞计划”的4个阶段的项目。

该项目已完成了第一阶段，成功试飞了一个超音速飞行器，在大气层内飞行了7秒钟，达到了马赫1.8的速度。

二、展望1. 技术瓶颈和风险超音速飞行器的研究面临着多方面的技术瓶颈和风险。

首先，高速下的气动力学和热学问题对于超音速飞行器的稳定性、耐久性和安全性提出了严峻的挑战。

其次，飞行器的材料、动力、遥测系统和稳定控制技术需要不断改进和创新，成本也很高。

2. 全球竞争和合作超音速飞行器的研究是全球性的竞争，美国、中国、俄罗斯和欧洲等国家和地区都在积极探索和研究。

而在超音速技术方面，国际合作也是一个有益的途径。

例如，美国、澳大利亚、英国和其他国家之间的共同研究，在材料、动力和遥测技术等方面进行合作，成果丰硕，相信未来这种合作模式会在更多国家之间发生。

高超声速飞行器技术研究的历史与未来

高超声速飞行器技术研究的历史与未来
高超声速飞行器是飞行速度在马赫数5以上的飞行器，其速度较快，能够带来很多优势，如缩短远距离飞行时间并提高交通运输效率。

然而，高超声速飞行器的技术研究一直以来都是一个热门话题，同时也是一个充满挑战性的领域。

历史上，高超声速飞行器得到了多个国家的关注和投入。

尤其是在上个世纪50年代至60年代，在美国、苏联、法国等国的积极开展下，高超声速技术取得了重要进展。

当时，美国主攻转子式高超声速飞行器，苏联则主攻翼龙式高超声速飞行器，法国则研制平板翼式高超声速滑翔器。

这些成果对后来高超声速技术研究奠定了基础。

近年来，随着技术水平的进步，高超声速飞行器的研究成果也在逐步出现。

例如，中国成功进行了高超声速滑翔飞行器试飞、美国成功研发了“X-51A“高超声速飞行器等。

在这些研究中，高超声速飞行器技术发展的难点包括高温材料、发动机设计、气动热力学、空气动力学等方面。

未来，高超声速飞行器技术将继续向前发展。

首先，高超声速飞行器将被广泛应用于军事领域，如可以用来进行快速反击、反
侦测等。

其次，在民用领域，高超声速飞行器可以用来加快旅行速度，缩短飞行时间，增强航空交通运输的效率，同时对于航空航天科学的推进也具有重要意义。

总之，高超声速飞行器技术的研究具有重要的意义。

历史上，多国在高超声速技术研究上取得了突破性进展，但同时也面临各种技术难点。

未来，高超声速飞行器技术的应用前景广阔，同时其技术研究也是一个需要不断努力突破的领域。

高超声速飞行器设计与研发的关键问题

高超声速飞行器设计与研发的关键问题高超声速飞行器（Hypersonic Aircraft）是指在大气层中飞行时速度超过5马赫（即每小时约6100公里）的飞行器。

随着科技的不断发展，高超声速飞行器的研发成为当前领域的热点之一。

本文将围绕高超声速飞行器的设计与研发，探讨其关键问题和挑战，并分析可能的解决方案。

一、材料选择与热防护高超声速飞行器面临的第一个关键问题是材料的选择和热防护。

由于飞行速度非常快，飞行器会受到极高温度的影响，这对材料的性能提出了极高的要求。

传统的金属材料往往难以承受高超声速飞行时产生的巨大热量，因此需要开发新的热防护材料。

炭化硅陶瓷材料等新型复合材料被认为是理想的选择，具有良好的抗高温性能。

二、空气动力学特性高超声速飞行器的空气动力学特性是其设计与研发过程中的另一个关键问题。

高超声速飞行时，飞行器将遭遇极大的空气阻力和压力，必须具备良好的空气动力学性能才能保持稳定和安全的飞行。

优化飞行器的外形、减少阻力、提高升力，采用气动热管理技术等方法可以改善其空气动力学性能。

三、推进系统推进系统是高超声速飞行器设计与研发的另一个关键问题。

由于高超声速飞行速度非常快，要求推进系统能够提供足够的推力。

目前常用的推进系统包括火箭发动机和超燃冲压发动机。

火箭发动机提供了巨大的推力，适合于高超声速飞行器的起飞和初段加速。

而超燃冲压发动机则具有较高的燃烧效率和较长的续航能力，适合高超声速飞行器的巡航和长程飞行。

四、飞行控制与导航飞行控制与导航是高超声速飞行器设计与研发的重要问题。

由于高超声速飞行器的速度极快，对飞行控制和导航系统的要求也很高。

需要采用先进的飞行控制算法、高精度的导航设备以及实时的飞行状态监测系统，确保高超声速飞行器能够精确控制航向、高度和速度。

五、飞行安全高超声速飞行器的飞行安全是设计与研发过程中的最终关键问题。

高超声速飞行器面临着由于飞行速度快、温度高、气动力复杂等因素带来的各种飞行安全挑战。

高超声速飞行器减阻防热研究进展

LHD 2012年度夏季学术研讨会高超声速飞行器减阻防热研究进展刘云峰，姜宗林中国科学院力学研究所，高温气体动力学国家重点实验室（筹），北京海淀区 100190摘要本文重点介绍了激波与爆轰物理课题组近五年来在高超声速飞行器减阻防热研究方面取得的进展。

文章主要包括五部分：第一部分介绍了课题组在确定该研究方向时的主要思路和设想；第二部分介绍了为了证实该思想，首先在支杆-钝头体气动构型上取得的新成果；第三部分是关于理论研究方面的，从理论上讨论了激波阻力、粘性阻力和气动热三者之间的关联，针对简单构型，提出了物理模型，初步建立了减阻防热一体化的理论基础；第四部分，在研究积累的基础上，针对高超声速飞行器的气动力/热特点，提出了基于热防护前提的高超声速飞行器基本气动构型；最后一部分，给出了结论和展望。

关键词高超声速飞行器，减阻，防热，气动构型引言对高超声速飞行器而言，激波诱导的非常大的激波阻力和激波/激波相互作用产生的非常高的峰值热流是飞行器气动构型发展过程中遇到的两个关键气动力/热问题[1]。

高超声速飞行器在巡航阶段，激波阻力占总巡航阻力的三分之二还要多，而每减少1%的巡航阻力就可以增加5-10%的有效载荷[2]。

更严重的是，不但激波产生的驻点热流非常高，而且激波/激波相互作用产生的峰值热流比驻点热流还要高，有的甚至高10倍以上，这为热防护系统的设计带来了巨大的难题。

同时，激波/激波相互作用产生的峰值压力也是形成激波阻力的一个主要原因。

根据空气动力学原理，飞行器的气动阻力和气动加热是相互关联的，气动热是由气动阻力产生的。

因此，充分利用空气动力学的原理，开展高超声速飞行器主动减阻防热的机理研究，对高超声速飞行器的研制与发展具有非常重要的意义。

减阻主要研究的是降低激波阻力，一方面因为激波阻力占的比重很大，而且激波阻力是跟高超声速流动密切相关的。

在美国X-51A的设计中，激波阻力是放在需要重点考虑的几个因素里面的，而摩擦阻力是放在第二位需要考虑的因素里面的。

高超声速技术研究方向及实验设备需求[1]

高超声速技术研究方向及实验设备需求一、研究的必要性高超声速技术是指以吸气式发动机及其组合发动机为动力，在大气层中和跨大气层实现高超声速远程飞行的飞行器技术。

高速与远程两大飞行特点使其在国防和航空航天方面具有很强的应用背景，成为航空航天技术发展的重点和热点问题之一，现美、俄、欧洲等发达国家均投入巨大力量竞相发展，近年来我国也开始加大对其研发投入。

超燃冲压发动机是高超声速吸气式推进技术的核心，其研究工作涉及气体动力学、化学动力学、燃烧学等多学科交叉，以及激波、化学反应、湍流、边界层等物理化学现象的相互作用，具有很高的学术价值。

从国家的强势发展需求和我学科现有教职人员技术优势看，高速推进系统及相关技术较适合作为今后我学科发展方向之一。

开展超燃冲压发动机的研究工作，首先需要相应的实验设备。

由于超燃冲压发动机一般适用于马赫数5以上的高超声速飞行，使得实验设备必须能够提供高超声速气流，同时还必须能够模拟由于高马赫数飞行时飞行器周围气流焓值与压力的上升。

二、今后拟在高超推进系统及相关技术方面开展的主要研究工作1、高超声速条件下粘性干扰和高温真实气体效应2、进气道、喷管技术2、超燃冲压发动机流动与稳定燃烧3、低速启动和模态转换技术4、推进系统控制和燃料供给技术5、热管理技术及热结构材料和制造技术（与我院智能材料人员配合）6、系统性能地面模拟实验与评估技术7、结合我院其它学科在力学、流固耦合、材料（智能材料）、优化、可靠性等方面的优势力量开展高速飞行器一体化设计工作。

三、支持上述研究工作所需建设的相关实验设备1、激波风洞建设激波风洞主要为超燃和脉冲爆轰推进研究提供高超声速流场模拟试验条件并测量必要的数据。

其结构示意图如图1所示，运行原理是，用驱动段高压气体在被驱动段产生高温高速气流，经喷管进一步加速到高超声速后进入试验段进行飞行模拟试验；飞行器模型的周围流场和受力情况通过流场显示、多点压力测量等获得。

设备产生的气流总温约为1000K，能获得的气流马赫数为4.5。

美国X-43高超声速飞行器调研

美国X-43高超声速飞行器调研一、高超声速飞行器背景 (1)1.1美国在高超声速技术领域独占鳌头 (1)1.2 欧洲国家积极推进高超声速技术开发 (3)1.3 日本实施高超声速飞行器发展计划 (4)二、高超声速飞行器特点 (4)2. 1 推进技术 (4)2. 2 材料技术 (5)2. 3 空气动力学技术 (5)2. 4 飞行控制技术 (6)2.5 X-43在技术方面有如下特显 (7)三、气动外形设计方法 (8)四、高超声速飞行器制导原理 (9)五、执行机构的选择及配置 (12)5.1 推进系统 (12)5.2 控制系统的执行机构 (14)六、X—43控制原理 (16)6.1 高超声速控制技术发展 (16)6.2 高超声速控制分析 (16)6.3 X-43A控制方法及分析 (17)6.4 高超声速控制技术新技术 (18)（1）非线性控制方法 (18)（2）鲁棒自适应控制方法 (19)七、总结 (19)一、高超声速飞行器背景高超声速飞行器是指在大气层内飞行速度达到M a = 5以上的飞行器。

自20世纪60年代以来, 以火箭为动力的高超声速技术已广泛应用于各类导弹和空间飞行器, 而目前世界各国正在积极发展另一类以吸气式发动机为动力的高超声速飞行器技术, 它的航程更远、结构质量轻、性能更优越。

实际上, 吸气式高超声速技术的发展始于20世纪50 年代,通过几十年的发展, 美国、俄罗斯、法国、德国、日本、印度、澳大利亚等国自20世纪90年代以来已在高超声速技术方面陆续取得了重大进展, 并相继进行了地面试验和飞行试验。

高超声速技术实际上已经从概念和原理探索阶段进入了以高超声速巡航导弹、高超声速飞机和空天飞机等为应用背景的先期技术开发阶段。

1.1美国在高超声速技术领域独占鳌头从1985 年至1994 年的10年间, 美国国家空天飞机计划(NASP)大大推动了高超声速技术的发展。

通过试验设备的大规模改造和一系列试验, 仅美国NASA 兰利研究中心就进行了包括乘波体和超燃发动机试验在内的近3 200次试验。

吸气式高超声速飞行器多学科优化设计研究

关键词：学科优化；多吸气式高超声速飞行器；传算法遗
中图分类号：Ｊ６．＋Ｔ７５４３文献标识码：Ａ
ＭｕｌｉｉｃｐｌｒｓｇｔｍｉａｉｎＳｔｙｏｒｒａｈｎｔｄｓｉｉｙＤｅｉｎＯｐｉｚｔｏｕｄｆＡｉ－ｂｅｔｉｇｎａＨｙｅｓｎｃＶｅｃｅＣｏｅｔＤｅｉｎｐｒｏｉｈｉｌｎｃｐｓｇ
的协同机制来设计复杂系统和子系统的方法，调设计中多强
２ＭＤＯ方法
在高超声速飞行器的概念设计过程中，涉及多个学会科，需要综合考虑、分析多种学科设计需求。ＭＤＯ方法正是
一
收稿日期：０９１ — ７修回日期：０００ — ３２０ — ２１２１ — ２１
空气动力学模型、行器推进系统模型、行器质量模型。飞飞
摘要：冲压发动机推进特性问题的研究中，在高超声速飞行器是一种多学科强耦合的先进飞行器，统的设计方法一般只考传虑某一个性能和学科，成设计性能不理想，多学科优化设计（Ｏ）够探索和充分利用工程系统中的协同机制来实现造而ＭＤ能复杂飞行器的设计。为优化推进技术，善设计，高航程，多学科优化设计方法对高超声速飞行器进行了优化设计。建完提用

高超音速飞行器的研发现状如何？

高超音速飞行器的研发现状如何？高超音速飞行器是一种具有高速、高效、高灵活性和高机动性的飞行器，可以实现快速而稳定的空中行驶，并在多种领域得到广泛应用。

那么，高超音速飞行器的研发现状如何呢？下面我们就来详细了解一下。

一、高超音速飞行器研发现状高超音速飞行器的研发已经成为国家科技发展的重大战略任务之一。

我国在高超音速飞行器研发方面一直处于世界领先地位。

目前，国内多所高校和科研机构正在积极开展高超音速飞行器研发工作，取得了一系列重要成果。

以下是目前高超音速飞行器研发现状的几个重要方面。

1. 国内工作我国一直在积极推进高超音速飞行器研发工作，现已具备了从研制、试验到生产制造的各项技术能力。

在喷气式发动机、超音速飞行控制、材料工艺等领域取得了突破性进展。

2. 国际领域有关高超音速飞行器的相关研究，除了中国，全球很多国家都在积极投入。

包括美国、俄罗斯等国都在进行相关技术研究，并计划在2030年前实现高超音速飞行器的量产。

3. 艰巨的任务高超音速飞行器的研发任务十分艰巨，需要集多个领域的精英之力，需要进行大量的实验和研究。

目前还存在多个问题亟需解决，例如空气动力学、热力学、材料等多个方面。

4. 技术难点在高超音速飞行器的研发过程中，最大的技术难点在于控制高速飞行中的空气动力学特性，同时应对超音速飞行时的温度变化，应用各种先进材料来解决传热问题等。

5. 未来展望高超音速飞行器的研发任务十分艰巨，但伴随越来越发达的技术，人们对高超音速飞行器的应用前景越来越看好。

一旦高超音速飞行器被广泛运用，那么很多科技和商业领域，包括太空探测、运输等都将发生翻天覆地的变化。

总之，高超音速飞行器的研发任务艰巨，但对于我国和世界而言，高超音速飞行器的前景十分广阔。

我们有理由相信，在科研人员的不懈努力下，高超音速飞行器将会迈出新的步伐，成为21世纪最具潜力的科技产业之一。

临近空间高超声速武器防御及关键技术研究

武器的攻和防是对立的概念，有同等重要具的作用。现有的导弹防御系统，美国的导弹防如御系统（ｓｉｅｅｓｙｔｍ，ｍｉｓｅｄｆｎｅｓｓｅＭＤ）专门针对ｌ是弹道导弹而设计的，预警和制导系统都是根据其
２１０学报
ＪｕｎｌｆｔｅＡｃｄｍｙｏｕｐｎｍｍａｄ＆ＴｅｈｏｏｙｏｒａｏｈａｅｆＥｑｉｍｅｔＣｏｎｃｎｌｇ
Ｊｎ２１ｕｅ００
Ｖｏ１１Ｎｏ３．２．
ａｄｉｓｋｅｅｈｌｇｙａｅｄｉｃｓｄｎｔｙｔｃｎｏｏｒｓｕｓｅ．
Ｋｅｏｄｙｗｒｓ：ｎｅｒｓａｅｄｆｎｓｙｓｅ；ｈｉｈｓｅｅｉｌａ —ｐｃ；ｅｅｅｓｔｍｇ — ｐｅｄｖｈｃｅ
分，了应对临近空间高超声速目标的威胁，为必须发展和建立新型的武器防御系统。
分析了临近空间防御系统的目标特性，究了临近空间超高速飞行器的防御难点，研提
出了临近空间防御武器设想以及实现途径和关键技术，发展临近空间超高速武器对
弹道预测而工作的，于高速的临近空间目标，对虽
ｌｎｅｓｓｅＴＨＡＡＤ）拦截高度下限为４ｅｓｙｔｍ，的Ｏ
ｋｍ。这些因素使得现有的防御体系面临着严峻
的挑战，了应对临近空间超高速目标的威胁，为必

中国空气动力研究与发展中心

中国空气动力研究与发展中心中国空气动力研究与发展中心（以下简称“中心”）是全国性的空气动力学研究机构，致力于空气动力学领域的研究与发展。

本文旨在介绍中心的背景、研究范围、研究成果以及面临的挑战和未来发展方向。

一、背景介绍中心成立于2010年，是经国家科学技术部批准设立的非营利性研究机构。

中心总部设在北京，下设多个研究分支机构，涵盖航空航天、交通运输、能源、环境等领域。

二、研究范围1. 飞行器气动性能研究：中心积极开展飞行器气动性能研究，包括气动外形设计、流场特性分析、气动参数计算和优化等方面的工作。

2. 高超声速技术研究：中心在高超声速技术领域具有较高的研究水平，开展高超声速飞行器的气动特性和热力学性能研究，提高高超声速飞行器的飞行性能和安全性。

3. 交通运输领域研究：中心对高速列车的气动性能进行研究，包括减阻优化、安全性分析和降噪等方面的工作，助力我国交通运输事业的发展。

4. 能源与环境领域研究：中心关注能源与环境领域的热力学、气动学等问题，为我国能源转型和环境治理提供科学支撑。

三、研究成果1. 高超声速飞行器研制：中心成功研制了我国第一架高超声速飞行器，实现了从理论研究到实际应用的转化。

2. 列车减阻技术：中心开展的列车减阻技术研究，有效降低了列车的气动阻力，提高了运行速度和节能效果。

3. 能源系统优化：中心开展了能源系统的气动优化研究，为能源的高效利用和环境保护作出了贡献。

四、面临的挑战1. 技术创新：随着科技的不断进步，空气动力学领域的发展也面临着新的挑战，中心需要不断进行技术创新和突破，以提高研究水平。

2. 人才培养：空气动力学领域需要高水平的科研人员和工程师，中心需要加大人才培养力度，吸引更多的人才从事研究工作。

五、未来发展方向1. 提高科研水平：中心将进一步加强与国内外优秀研究机构的合作，提高科研水平和创新能力。

2. 多领域融合：中心将加大交叉学科的研究力度，实现不同领域的融合，提高研究的综合性能。

高超声速飞行器若干问题研究进展_陈予恕

国家自然科学基金重点项目(编号:10632040)本文2009-03-10收到,陈予恕、郭虎伦分别系哈尔滨工业大学院士、博士生,钟顺系天津大学航空航天研究院博士生高超声速飞行器若干问题研究进展陈予恕郭虎伦钟顺摘要介绍了国外高超声速飞行器的发展现状,并总结了未来一段时期高超声速飞行器的发展方向和趋势。

分析了高超声速飞行器的外形选择及其气动问题,发动机的选取与机体一体化问题和气动加热及防热问题。

最后提出了未来高超声速飞行技术发展的几个方向。

关键词高超声速飞行器气动弹性机体一体化气动加热防热引言高超声速飞行器是指飞行马赫数大于5.0的远程巡航飞行器,它综合了航空航天领域众多学科的新技术,代表了未来航空航天领域的研究发展方向,被认为是继隐身技术之后的又一重点技术领域。

按采用的动力装置不同,高超声速飞行器可分为火箭推进高超声速飞行器(Rocke-t Po w eredH yper -sonic Vehicle ,RP HV )和吸气式高超声速飞行器(A ir -B reath i n g H yperson ic V ehic l e ,AB HV )两类。

早期的高超声速飞行器,如X-15和X-20,均以火箭发动机为动力,属于RPHV 。

由于其性能不佳,后续研究几乎没有开展。

随着对超燃冲压发动机研究的深入,AB HV 成为各航空航天大国的发展重点。

AB HV 包括吸气式运载器(A ir -Breath i n g Launch V e -h icle ,ABLV )和高超声速巡航飞行器(H yperson ic C r u ise V ehic le ,HCV )。

ABLV 又称为空天飞机(A erospace Plane ),主要执行入轨任务,可分为单级入轨和多级入轨系统。

H CV 主要指在大气层内飞行、执行巡航任务的飞行器,可用作高超声速飞机、战略攻击机和巡航导弹,均采用超燃冲压发动机作为动力系统。

高超声速飞行器结构设计及性能优化研究

高超声速飞行器结构设计及性能优化研究最近人类对高超声速飞行器的研究越来越深入，这种飞行器可以在极短的时间内飞行到世界的任何一个角落，它有着极高的速度和高超的性能，但是它的结构设计和性能优化还需要进一步研究。

一、高超声速飞行器的概念和基本结构高超声速飞行器的速度可以超过马赫数的5倍，他的工作机制是利用气动力学和化学强力的相互共同作用实现的。

这种飞行器的主要构件包含导热结构、热防护结构以及喷气发动机等。

导热结构：高超声速飞行器在高速工作时会产生极高的温度，导热结构的重点在于抵挡高温热流和隔热，它的主要结构由夹层复合材料构成，可以有效地防止热传导。

热防护结构：热防护结构主要是用来抵抗高温、高速飞行器时产生的热量影响和烧蚀，其材料通常包括石墨、金属等等。

喷气发动机：高超声速飞行器的发动机由多个燃烧室组成，它的燃烧室可以产生高温高速气流，同时也负责将高速气流排出，以获取更高的速度。

二、高超声速飞行器的性能优化高超声速飞行器的性能优化是设计和改进其机构的关键细节，下面介绍几种优化手段。

1、材料选择及结构设计材料的选择是高速飞行器能否成功的重要因素之一。

材料应该具有耐高温和耐腐蚀等多种特性，而且应该结合现代迭代的中空结构和套筒结构设计，以确保最大程度地优化飞行器的性能。

2、热防护结构性能改进在高超声速飞行器的设计中，热防护结构的选择非常重要。

其主要目的是为了抗击腐蚀和温度，同时，它也要保护飞行器外表面的结构，以免受到破坏。

3、轻质化减重减轻高超声速飞行器的重量可以有效地提高整个飞行器的性能。

在设计高超声速飞行器时，应考虑不同材料和结构的好处，以最小化飞行器的重量。

4、能源技术优化在高超声速飞行器的设计中，能源技术的改善必不可少。

利用新型的燃料，改进发动机设计能够大大提高飞行速度和效率，同时也可以降低运营成本。

结论高超声速飞行器在军事、科技和商业方面的应用已经不断发展，对于未来的利益和安全也有着深远的影响。

高超声速飞行器的结构设计和性能优化研究是它们能够获得成功的关键考虑因素之一。

临近空间高超声速飞行器气动力及气动热研究现状

临近空间高超声速飞行器气动力及气动热研究现状
王庆洋;丛堃林;刘丽丽;陆宏志;徐胜金
【期刊名称】《气体物理》
【年(卷),期】2017(002)004
【摘要】临近空间高超声速飞行器具有速度快、突防能力强、杀伤力大等特点,是当今世界各军事强国新型武器的重点发展方向.其中,气动力和气动热是高超声速飞行器的两项重要指标,也是高超声速技术研究的重点内容.文章综述了国内外临近空间高超声速飞行器气动力及气动热研究现状,分析了研究的发展趋势,并分别从工程计算、数值仿真以及实验研究3个方面介绍了高超声速飞行器气动力及气动热的研究技术和方法.
【总页数】10页(P46-55)
【作者】王庆洋;丛堃林;刘丽丽;陆宏志;徐胜金
【作者单位】清华大学航天航空学院应用力学重点实验室, 北京100084;中国运载火箭技术研究院研究发展中心, 北京100076;中国运载火箭技术研究院研究发展中心, 北京100076;中国运载火箭技术研究院研究发展中心, 北京100076;清华大学航天航空学院应用力学重点实验室, 北京100084
【正文语种】中文
【中图分类】V211
【相关文献】
1.典型外形高超声速气动力／气动热数值计算研究 [J], 刘毅;王刚;叶正寅
2.高超声速升力体气动力气动热数值计算 [J], 王发民;沈月阳;姚文秀;刘宏;雷麦芳
3.临近空间高超声速飞行器气动力及气动热研究现状 [J], 王庆洋;丛堃林;刘丽丽;陆宏志;徐胜金;
4.超声速/高超声速飞行器气动力快速估算平台设计及应用 [J], Cheng Feng;Tang Shuo;Zhang Dong
5.吸气式高超声速飞行器气动力气动热的数值模拟方法及应用 [J], 贺旭照;赵慧勇;乐嘉陵
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高超声速飞行器主动式气膜冷却防热技术研究

ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｏｆｉｆｌｍｃｏｏｌｉｎｇｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｆｏｒＭａｃｈ２０ｌｆｏｗａｔ３０ｋｍ，ｗｉｔｈｔｈｅｓｐｅｃｉａｌｄｅｓｉｇｎｅｄｍｉｃｒｏｉｎｊｅｃｔｈｏｌｅ
中图分类号：Ｔｌ０１；Ｖ２７
文献标识码：Ａ
文章编号：１６７２ —９２４２（２０１５）０３ —０００１ — ０７
ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＡｃｔｉｖｅＦｉｌｍＣｏｏｌｉｎｇａｎｄＨｅａｔ－ｐｒｏｏｆＳｃｈｅｍｅｆｏｒＨｙｐｅｒｓｏｎｉｃＶｅｈｉｃｌｅｓ
ｆｏｒｆｕｔｕｒｅｈｙｐｅｒｓｏｎｉｃｖｅｈｉｃｌｅｓ（Ｍａｃｈ２０ｆｌｏｗ）ａｎｄｖａｌｉｄａｔｅｉｔｓｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｂｙＣＦＤ．ＭｅｔｈｏｄｓＢｙｓｏｌｖｉｎｇ
Ｒｅｙｎｏｌｄｓ－ａｖｅｒａｇｅｄＮａｖｉｅｒ—Ｓｔｏｋｅｓｅｑｕａｔｉｏｎｓ，ｔｈｅｆｉｎｉｔｅ — ｒａｔｅｃｈｅｍｉｃａｌｒｅａｃｔｉｏｎｍｏｄｅｌｗｉｔｈＰｒｋａ－Ｉ５ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ（Ｎ２，ｏ２，Ｎ，Ｏ，ＮＯ）１７ｅｑｕａｔｉｏｎｓｗａｓｕｓｅｄｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｒｅａｌｇａｓｅｆｆｅｃｔ．Ｆｏｒｔｈｅｔｙｐｉｃａｌｂｌｕｎｔｂｏｄｙ，ａｎｕｍｅｉｃｒａｌｓｔｕｄｙｏｆ

高超声速飞行器设计及性能优化研究

高超声速飞行器设计及性能优化研究第一章：引言随着科技的飞速发展，高超声速飞行器作为一种创新型飞行器，已成为航空领域的研究热点。

高超声速飞行器具有超过5马赫的飞行速度，被认为具备重要的军事和民用潜力。

在本文中，将探讨高超声速飞行器的设计和性能优化的研究。

第二章：高超声速飞行器的设计2.1 高超声速飞行器的主要类型高超声速飞行器按照其气动热力特性可分为常规高超声速飞行器和高超声速飞行器发动机两大类别。

常规高超声速飞行器包括空射导弹、飞行器以及鱼雷等。

高超声速发动机指的是以高超声速为目标的发动机研究。

2.2 高超声速飞行器的气动特性高超声速飞行器的气动特性决定了其在高速飞行过程中需要面对的一系列挑战。

其中包括空气动力学、气动热力学和声学问题等。

2.3 高超声速飞行器的材料选择高超声速飞行器在高速飞行中需承受极高的温度和气动压力，对材料性能提出了高要求。

目前常用的材料包括陶瓷复合材料、先进金属合金及高温合金等。

第三章：高超声速飞行器的性能优化3.1 涡扇发动机的性能优化涡扇发动机是高超声速飞行器最常用的动力装置，其性能优化对高超声速飞行器的整体性能至关重要。

通过优化涡扇发动机的进气管道设计、压气机叶片设计和燃烧室设计等方面，可以提高发动机的压比、推力和燃烧效率。

3.2 高超声速飞行器的气动外形优化高超声速飞行器的气动外形直接影响其空气动力学性能。

通过减小气动阻力、提高升力系数和减少横向稳定性等方面的优化，可以提高飞行器的整体性能。

3.3 控制系统的性能优化高超声速飞行器的控制系统需要具备超高速响应能力和优异的控制精度。

通过优化飞行器的推力分配、姿态控制和飞行控制等方面，可以提高其飞行稳定性和操纵性。

第四章：高超声速飞行器的应用展望4.1 军事应用高超声速飞行器具备出色的战术优势，如高速突防、远程打击和隐身能力。

因此，其在军事领域的应用前景广阔，可以用于快速打击敌方目标和提高巡航导弹的打击能力等。

4.2 民用应用高超声速飞行器在民用领域也具备巨大的潜力。

高超声速飞行器建模研究

工业技术科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald59高超声速飞行器一般是指飞行速度超过5倍音速的飞机、导弹、炮弹之类的有翼或无翼飞行器。

我国对高超声速技术的研究还处在起步阶段，正积极研究高超声速飞行器关键技术中的核心问题。

该文主要针对高超声速飞行器的气动特性，进行六自由度仿真模型建立及纵向模态特性分析的初步研究工作。

1 高超声速飞行器六自由度建模Wi nged-cone是NASP高超声速飞行器研究的一个标准模型。

图1为该高超声速飞行器的示例图[2]。

飞机控制由左右升降副翼le δ ，re δ，方向舵r δ 和鸭翼c δ 组成。

高超声速飞行器的重心和转动惯量随飞行状态的变化而变，假设其重心只在X轴上变化[3]。

1.1 高超声速飞行器建模通常综合考虑运动学、动力学、空气动力学、发动机及大气环境等数学模型，建立高超声速飞行器模型。

在模型建立之前应进行相应的简化假设：高超声速飞行器为刚体，质量为常数；忽略地球自转，假设地面坐标系为惯性坐标系；忽略地球曲率，假设地球为平面；机体坐标系X轴和Y轴位于高超声速飞行器对称面，且飞机几何外形及质量分布对称；忽略来流压缩性；忽略发动机喷流对机体来流的相互干扰；合外力综合作用于重心[4]。

1.2 高超声速飞行器运动方程高超声速飞行的动力学方程，可以通过牛顿第二定律导出，它在地坐标系中的表达式为[5]：E V m dt dF )(→→= (1)EdtHd M →→= (2) 在公式（2）中，→F表示作用于高超声速飞行器合外力的矢量和，m为高超声速飞行器的质量，→V 表示高超声速飞行器的速度矢量，→M 为作用于高超声速飞行器上的合力矩矢量和，→H表示动量矩。

在机体坐标系中，公式（1）中力的方程可以表示为：→→→→⨯+=V m V m dt dF b ω)( (3)式中→ω 为高超声速飞行器的角速度矢量。

速度和角速度在机体坐标系中的表达式为：→→→→++=k w j v i u V→→→→++=k r j q i p ω (4)把（4）代入（3）中，可得：)(rv qw u m F x -+=∙ )(pw ru v m F y -+=∙)(qu pv w m F z -+=∙ (5)假设发动机推力T沿机身轴线，忽略发动机安装角，通过气流坐标系转换到机体坐标系，则（5）式可以表示为：)(sin rv wq u m mg T X -+=++∙-θ)(cos sin wp ur v m mg Y -+=+∙-θφ)(cos cos uq pv w m mg Z -+=+∙-θφ (6)在机体坐标系中力矩方程可表示为：→→→→⨯+=HdtHd M bω (7)在机体坐标系中动量矩可表示为：→→=ωI H其中⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-=z xzy xz x I I I I I I 000 (8)机体坐标系下力矩方程为：pq I I I qr r I p I L xz y z xz x --+-=∙∙-)( )()(22r p I I I pr q I M xz z x y -+-+=∙-qrI I I pq p I r I N xz x y xz z +-+-=∙∙-)( (9)高超声速飞行器的姿态角为：θψφsin ∙∙-=p φθψφθsin cos cos ∙∙+=q (10)φθφθψsin cos cos ∙∙-=r由公式（6），（9），（10）可以得到12个一阶微分方程[2]，具体表达式见公式（11）～（14）。

航天科工集团刘兴洲-高超声速技术研究和发展

X－43A的Ma＝10飞行试验的特点： 1) 在地面上只进行了工作时间5ms的激波风洞试验，为更高Ma数的发展提供了经验； 2) 飞行器产生了有效推力，达到了推阻平衡； 3) 验证了气动力热，駐点温度达3310K，头部表面温度达2255K; 4) 垂尾改为增强碳/碳材料前缘，并增加了涂层； 5) 加大了头部钝度，减轻了头部脱体激波加热；进气道唇口冷却。这一次飞行试验又一次打破了世界记录.
（3）在军事上，可研制成空天飞机，高超声速飞机，高超声速武器，高超声速武器的出现，必将给未来战争带来一些重大变化，是武器装备实现跨越式发展新的生长点。
高超声速飞行器关键技术
1. 超燃冲压发动机技术； 2. 内外流一体化气动设计技术； 3. 材料/结构与热防护技术; 4. 导弹总体一体化设计技术; 5. 制导控制技术等. 本文主要讨论超燃冲压发动机技术的研究和发展。
高超声速技术研究和发展
刘兴洲航天科工集团三十一所 200807
内容
1. 前言 2. 国外超燃冲压发动机技术的发展 3. 超燃冲压发动机关键技术 4. 国内超燃冲压发动机研究工作 5. 发展目标 6. 结束语
1 前言
随着技术的发展，特别是信息时代的需要，要求实时到达，要求发展高超声速飞行器；目前高超声速飞行器技术受到日益重视。
X-51A试验 1）在地面试验中，模拟不同的真实的飞行条件下进行试验：包括飞行M数连续变化，飞行时间，纯净空气（污染空气的影响），热负荷，装载发动机时飞行器的性能。 2）获取具有主动冷却，自主控制的超燃冲压发动机飞行试验数据。
Hyper-X计划目的是 1) 验证试验技术; 2) 验证计算方法和设计分析工具； 3) 验证使用氢燃料和炭氢燃料超燃冲压发动机的飞行器技术； 4) 验证使用组合循环发动机的飞行器技术。