乘波飞行器低马赫数飞行状态下的气动性能研究

附近 这个 速度 范 围内 的气 动性 能显 得 至关重 要 。 因
此 对 于 乘 波 飞 行 器 在 低 马 赫 数 飞 行 状 态 下 是 否 依 然
具有 良好 的气动 性 能也应 该是 乘波 飞行 器研 究 和设 计 人员 必须关 心 的 问题 之 一 。对 于 这 方 面 ， 国外 开 展过一 系列 研 究 Ｉ ， ９ 国外 的研 究 结 果 指 出乘 波 体
飞行器 低 马赫数 和 高马赫 数状 态 下不 同 的升 力 机制 的基础 上设 计 了在低 马赫 数 和高 马赫数 状态 下都 具 有 良好气 动性 能 的 宽 速 域乘 波 布局 飞 行 器 ， 它 这 其 方 面 国内公 开发 表 的文献 还未 见报 道 。
粘性并 进行粘 性 优 化 分析 以来 ， 波体 的实 用 化 研 乘 究得 到 了广 泛 的关注 。乘 波布 局凭 借在 高超 声速 飞
性 研 究 首 先对 以 Ｍ ＝３ 飞 行 高 度 为 １ ｍ为 设 计 点 ， ５ｋ 得 到的锥 导乘 波 体 ， 行 了 以最 大 升 阻 比 为优 化 目 进 标 的优 化 设 计 。其 次 为 了满 足 一 定 的有 效 载 荷 容
在低 马赫数 下 的气动 性能 主要取 决 于乘 波体 的展 弦 比和投 影面形 状 ， 当设 计 乘 波体 可 以在 低 马 赫数 适
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宇航 学 报
第 ３ １卷
动性 能 ， 暂冲 、 在 吹引式 风洞 中进行 了吹风实验 。模 型采用铝 合金 材 料制 造 ， 考 面 积 为水 平 投 影 面积 参
求进 行 了工 程 化 设 计 得 到 的锥 导 乘 波 体 为 研 究 对 象 ， 助数 值模 拟 和 风 洞实 验 技 术 对 乘 波 飞 行器 在 借 跨 声速 和 超声 速 飞行 阶段 的气动 性 能进行 探讨 。
１ 乘 波 飞 行 器 在 低 马 赫 数 速 飞 行 状 况 下 的 气 动 特
行状 态 下具有 高 升 阻 比的优 势 ， 渐 成 为 近 空 间 高 逐
超声 速 飞行器 设 计 的备 选 构 型 之 一 ， 在 高 超 声 速 其
状 况下 的气 动性 能得 到 了较为广 泛 的研究 。一般 以 吸气式 超燃 冲压 发动机 为 动力 的高超 声速 飞行 器需 要加 速 到 Ｍ 大 于等 于 ４左 右 才 能 够 启 动 超 燃 冲压 发动 机提 供动力 进一 步 实 现 高 超 声速 巡 航 飞行 ， 为
隔在飞 行 器 下 表 面 得 到 高 升 阻 比的 气 动 布 局 ， 自 １８ ９ ６年 Ｂｗ ｕ …在 乘 波 体 的 性 能 分 析 中 首 次 引 入 ｏｃｔ ｔ
将展 弦 比和机身 ， 翼 分化 形 态 的要 求 作 为 巡航 飞 机 行 器优 化 目标 函数 的组 成 部分 ， 现 了优 化 结 果 对 实 低 马赫 数下 性能 的兼 顾 ； 发 民 等 在 考 虑 到乘 波 王 “
下依然 获得 良好 的气 动性 能 。但 是 这方 面 的研究 远
收 稿 日期 ：０９１－９； 修 回 日期 ：０９１．７ ２０ —１ ０ ２０ ．２１
基 金 项 目 ： 家 自然 科 学 基 金 项 目 （０ ７ １ ６ 国 １７２ ８）
积 ， 动热 防护 和气 动操 纵 的工程 需求 ， 气 对得 到 的乘
第 ３ 卷第 ５ １ 期
２１ ０ ０年 ５月
宇 航 学 报
Ｊ ｕ ｌ ｆ ｔ ｎ ｕ ｉｓ ｏ ｍａ ｒ ａ ｔ ｏ Ａｓ ｏ ｃ
Ｖｏ ． １ Ｎｏ． １３ ５ Ｍａ ｖ ２ ０ ０１
乘 波 飞 行 器 低 马 赫 数 飞 行 状 态 下 的 气 动 性 能 研 究
飞 行 阶 段 的气 动 性 能 与 前 缘 所 处 的气 动 状 态 密 切 相 关 。
关 键 词 ：乘 波 飞 行 器 ；升 阻 比 ；气 动 性 能 中 图分 类 号 ：Ｖ １ ． ２ １５ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ —３ ８ ２ １ ）５ １ ８ —６ ０ ０ １２ （ ０ ０ ０ ．２ ３０
李 维 东 ，丁 海 河 ，王 发 民
（ 国科 学 院力 学 研 究 所 高温 气 湾 动 力 学 重 点 实 验 室 ，北 京 １０ ９ ） 中 ０ １０
摘
要 ：乘 波 飞行 器 在低 马 赫 数 飞 行 状 态 下 的 气 动 性 能 是 近 空 间 飞 行 器 设 计 和 研 究 人 员 关 心 的 问 题 之 一 。
了成 功 地 实 现 助 推 加 速 飞 行 ， 行 器 从 起 飞 到 Ｍ ＝４ 飞
基于 此 ， 文 以 Ｍ ＝３ 设 计 飞行 高度 Ｈ ＝１ 本 ， ５
ｋ ｍ为设 计点 ， 大 升 阻 比为优 化 目标 ， 通 过 满 足 最 并
一
定 的有 效载 荷 容 积 ， 动 热 防 护 和气 动 操 纵 的要 气
本 文 以 Ｍ ：３设 计 飞行 高度 Ｈ＝１ ｍ 为设 计 点 ， 大 升 阻 比为 优 化 目标 ， 通 过 满 足 一 定 的 有 效 载 荷 容 积 ， 动 ， ５ｋ 最 并 气 热 防护 和 气 动 操 纵 的要 求 进 行 了工 程 化 设 计 后 得 到 的 锥 导 乘 波 体 为 研 究 对 象 ， 助 数 值 模 拟 和 风 洞 实 验 技 术 相 结 借 合 的研 究 手 段 对 乘 波 飞 行 器 在 跨 声 速 和超 声 速 飞 行 阶 段 的 气 动 性 能 进 行 了探 讨 。研 究 结 果 表 明 ， 波 飞 行 器 在 该 乘
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０ 引 言
没有像 高 超声 速状 况下 那样 深入 ； 比之 下 ， 内在 相 国 这方 面的 研 究 则 更 加 薄 弱 。彭 钧 在 博 士 论 文 中
乘 波布 局 是一 种 利 用 贴体 激 波 ， 高 压 气体 分 将