高超声速飞行器
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----P. L. Roe
About Hypersonic
X-51
Space Ship
Aircraft
About Development
About Development
纳 粹 德 国 的 V-2 导 弹 的 最 大 飞 行 速 度 约 为 4.8马赫，最大航程320km，于1944年服役。
战后，美国利用从德国带回来的V-2导弹进 行试验。1949年2月24日，试验人员用V-2作 为第一级，一枚名为“WAC下士”的细长、 针状火箭作为第二级进行多级火箭验证。试验 中 ， 火 箭 最 大 速 度 达 到 5000mile/h （Ma=6.568323）。这被认为是人类历史上 第一次高超声速飞行。
关于高超声速这一概念，几乎每个人都有自己 的定义。如果我们组织到场的各位进行一次类似于 公众意见投票的活动，以便于了解大家关于“马赫 数高于多少时，就可以被称为高超声速”这一问题 的答案，或许大部分人的回答都会集中在5或6附近。 然而也可能有人会给出一个小至3，大至12的答案， 并且会辩解称这才是合理的答案。
About Development
自人类完成第一次高超声速飞行以来，大量的人力、物力和财力被投入到高超 声速飞行器的研究中。如美国先后发展验证的X15、X20（戴纳索）、X30、X43 以及X51（乘波者）等等。除了美军，俄罗斯、法国、日本、印度、澳大利亚等国 也不断展开类似的试验。他们看重的正是其诱人前景。
Awk.baidu.comout Hypersonic Lift
近年来，有很多解决不同几何形状绕流问 题的方法被发明。例如激波膨胀法。
但是没有任何一种方法普遍适用于任何飞 行器外形，设计师需要对各种方法的基本原 理和基本假设有良好的理解。
左表展示了用于估算高超音速空气动力学 性能的各种压缩和膨胀方法的列表。这些方 法构成SHABP软件的一部分。
About Stability and Control
从图中可以看出，舵面的操控性通常随 着马赫数增加而下降，这使得飞行器在高 速情况下的控制变得越来越困难。
此外，随着高度的增加，大气密度减小 ，这使得气动翼面逐渐失效。为了解决这 个问题，大多数飞行器安装有反作用控制 系统，其不仅在高速下增加控制功率，而 且还使得飞行器能够在大气之外进行姿态 校正。
在水平发射的情况下，大升力是很有必要的。因 为在飞行器的起飞和爬升段需要大升力。与垂直发 射的飞行器相比，气动升力减少了发动机所需的推 力，但是这主要取决于飞行器的升阻比。
About Hypersonic Lift
对于钝的形状，例如航天飞机或类似的飞行器 ，高超音速空气动力学可以近似使用牛顿流动理 论。使用牛顿正弦平方律，平板的升力和阻力系 数可以推导为：
然而，我们重点关注的是减少飞行器上升段的 空气阻力（以及高超声速飞机的巡航段）。左图 是多种不同航天器的最大飞行速度。
About Hypersonic
只要发动机动力足够强大，飞行器可以只依靠推 力。无升力（弹道式）飞行器不依赖气动升力，因 此造成了流线型、低阻力外形，但是它们的横向稳 定性和操纵性很差。
About Stability and Control
广速度范围的影响主要涉及升力分布的变化， 气动中心位置的变化，舵面的操纵性有效性的变 化和气动弹性效应。
当航天飞行器从亚音速加速到高超音速时，其 气动中心向后移动，从而飞行器的改变静稳定裕 度和稳定特性。
变后掠翼 、非常规结构配置、重心平衡油箱
高超声速飞行器的空气动力学问题
Aerodynamic Issues of Hypersonic Flight Vehicle
航天学院吴鹏辉
CONTANTS
Introduction
Development Aerodynamic Issues Conclusion
About Hypersonic
About Hypersonic
关于高超音速飞行器的问题是众多和复杂的。成功的设计不仅必须克服 技术挑战，而且还要克服认证问题。现如今私营部门更多地参与高超音速飞 行器的设计，这有利于新的飞行器技术的发展和扩散。 .
THANK YOU FOR WATCHING
About Aerodynamic Issues
About Hypersonic
我们对两种不同类型的飞行器进行评估：高超 声速运载器和航天器，他们的共有特点和不同之 处将被对比。
高超声速飞行器设计最大的问题之一就是空气 动力学问题。由于飞行器的速度范围非常广，设 计必须满足几个经常会互相矛盾的要求。
乘波体的缺点是它的几何形状被优化到只 能在马赫数和高度特定的组合下实现升力增 加。
About Aerodynamic Drag
不同于大型运载飞机的阻力中存在升力诱导阻 力的显著分量，航天器的阻力主要包括基础型阻 力和波阻力。
我们设计的目的是为了使这两个阻力分量对飞 行器整个飞行任务的影响达到最小。然而由于影 响因素很多，所以必须一项一项进行评估。主要 包括：升阻比，推进系统性能，燃料类型，轨迹 。这是高超音速飞行器概念设计的主要挑战之一 。
About Conclusion
About Conclusion
高超音速飞行器的一些特性类似于超音速飞机，但是它仍有许多独特的 特点，使高超音速飞行器的设计特别具有挑战性。高超声速飞机通常具有更 流畅，楔形的几何外形。因为它们在大气中维持高速，因此最小化阻力是重 要的。许多设计也参考了乘波者外形，这样冲击波可以产生额外的升力。而 航天器倾向于更钝，依靠分离的弓形冲击波以尽可能快地减速。
About Hypersonic Lift
有一类被称为乘波体（WaveRider）的特 殊的升力体航天飞行器。这是一种经过特殊 设计的飞行器。
它利用自己的冲击波产生额外的升力，以 提 高 其 升 阻 比 。 该 概 念 由 Terence Nonweiler 提出。直到今天，只有波音X51实际地验证了这种外形飞行器的飞行。
About Hypersonic
X-51
Space Ship
Aircraft
About Development
About Development
纳 粹 德 国 的 V-2 导 弹 的 最 大 飞 行 速 度 约 为 4.8马赫，最大航程320km，于1944年服役。
战后，美国利用从德国带回来的V-2导弹进 行试验。1949年2月24日，试验人员用V-2作 为第一级，一枚名为“WAC下士”的细长、 针状火箭作为第二级进行多级火箭验证。试验 中 ， 火 箭 最 大 速 度 达 到 5000mile/h （Ma=6.568323）。这被认为是人类历史上 第一次高超声速飞行。
关于高超声速这一概念，几乎每个人都有自己 的定义。如果我们组织到场的各位进行一次类似于 公众意见投票的活动，以便于了解大家关于“马赫 数高于多少时，就可以被称为高超声速”这一问题 的答案，或许大部分人的回答都会集中在5或6附近。 然而也可能有人会给出一个小至3，大至12的答案， 并且会辩解称这才是合理的答案。
About Development
自人类完成第一次高超声速飞行以来，大量的人力、物力和财力被投入到高超 声速飞行器的研究中。如美国先后发展验证的X15、X20（戴纳索）、X30、X43 以及X51（乘波者）等等。除了美军，俄罗斯、法国、日本、印度、澳大利亚等国 也不断展开类似的试验。他们看重的正是其诱人前景。
Awk.baidu.comout Hypersonic Lift
近年来，有很多解决不同几何形状绕流问 题的方法被发明。例如激波膨胀法。
但是没有任何一种方法普遍适用于任何飞 行器外形，设计师需要对各种方法的基本原 理和基本假设有良好的理解。
左表展示了用于估算高超音速空气动力学 性能的各种压缩和膨胀方法的列表。这些方 法构成SHABP软件的一部分。
About Stability and Control
从图中可以看出，舵面的操控性通常随 着马赫数增加而下降，这使得飞行器在高 速情况下的控制变得越来越困难。
此外，随着高度的增加，大气密度减小 ，这使得气动翼面逐渐失效。为了解决这 个问题，大多数飞行器安装有反作用控制 系统，其不仅在高速下增加控制功率，而 且还使得飞行器能够在大气之外进行姿态 校正。
在水平发射的情况下，大升力是很有必要的。因 为在飞行器的起飞和爬升段需要大升力。与垂直发 射的飞行器相比，气动升力减少了发动机所需的推 力，但是这主要取决于飞行器的升阻比。
About Hypersonic Lift
对于钝的形状，例如航天飞机或类似的飞行器 ，高超音速空气动力学可以近似使用牛顿流动理 论。使用牛顿正弦平方律，平板的升力和阻力系 数可以推导为：
然而，我们重点关注的是减少飞行器上升段的 空气阻力（以及高超声速飞机的巡航段）。左图 是多种不同航天器的最大飞行速度。
About Hypersonic
只要发动机动力足够强大，飞行器可以只依靠推 力。无升力（弹道式）飞行器不依赖气动升力，因 此造成了流线型、低阻力外形，但是它们的横向稳 定性和操纵性很差。
About Stability and Control
广速度范围的影响主要涉及升力分布的变化， 气动中心位置的变化，舵面的操纵性有效性的变 化和气动弹性效应。
当航天飞行器从亚音速加速到高超音速时，其 气动中心向后移动，从而飞行器的改变静稳定裕 度和稳定特性。
变后掠翼 、非常规结构配置、重心平衡油箱
高超声速飞行器的空气动力学问题
Aerodynamic Issues of Hypersonic Flight Vehicle
航天学院吴鹏辉
CONTANTS
Introduction
Development Aerodynamic Issues Conclusion
About Hypersonic
About Hypersonic
关于高超音速飞行器的问题是众多和复杂的。成功的设计不仅必须克服 技术挑战，而且还要克服认证问题。现如今私营部门更多地参与高超音速飞 行器的设计，这有利于新的飞行器技术的发展和扩散。 .
THANK YOU FOR WATCHING
About Aerodynamic Issues
About Hypersonic
我们对两种不同类型的飞行器进行评估：高超 声速运载器和航天器，他们的共有特点和不同之 处将被对比。
高超声速飞行器设计最大的问题之一就是空气 动力学问题。由于飞行器的速度范围非常广，设 计必须满足几个经常会互相矛盾的要求。
乘波体的缺点是它的几何形状被优化到只 能在马赫数和高度特定的组合下实现升力增 加。
About Aerodynamic Drag
不同于大型运载飞机的阻力中存在升力诱导阻 力的显著分量，航天器的阻力主要包括基础型阻 力和波阻力。
我们设计的目的是为了使这两个阻力分量对飞 行器整个飞行任务的影响达到最小。然而由于影 响因素很多，所以必须一项一项进行评估。主要 包括：升阻比，推进系统性能，燃料类型，轨迹 。这是高超音速飞行器概念设计的主要挑战之一 。
About Conclusion
About Conclusion
高超音速飞行器的一些特性类似于超音速飞机，但是它仍有许多独特的 特点，使高超音速飞行器的设计特别具有挑战性。高超声速飞机通常具有更 流畅，楔形的几何外形。因为它们在大气中维持高速，因此最小化阻力是重 要的。许多设计也参考了乘波者外形，这样冲击波可以产生额外的升力。而 航天器倾向于更钝，依靠分离的弓形冲击波以尽可能快地减速。
About Hypersonic Lift
有一类被称为乘波体（WaveRider）的特 殊的升力体航天飞行器。这是一种经过特殊 设计的飞行器。
它利用自己的冲击波产生额外的升力，以 提 高 其 升 阻 比 。 该 概 念 由 Terence Nonweiler 提出。直到今天，只有波音X51实际地验证了这种外形飞行器的飞行。