下载文档原格式
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。
美军X-43改装后携带X-43A试验飞机的B-52轰炸机携带着X-43A试验飞机的B-52轰炸机X-43A飞机以冲压喷气引擎发动，机长3.7米，外形为黑色，最高速度将为7马赫，即每小时近8047公里，相当于音速的7倍，由美国东岸至西岸只需半小时的飞行时间。
马赫是音速的单位，依轨道高度而稍有差异，海平面上一马赫相当每小时1200公里。
1967年10月，一架以火箭推动的X-15型飞机曾创下6.7马赫的纪录。
在去年的5月份，X-43A超高速飞机将在今年从加利福尼亚州的爱德华兹空军基地进行第一次无人驾驶的遥控试飞任务。
为确保试飞时气流速度够快，NASA将用一架B-52型轰炸机把配组有“飞马”助推火箭的X-43A载到7200米的高空，然后释放。
接着，“飞马”助推火箭把X-43A推进到7马赫速度后脱落，X-43A再点燃自身的引擎，飞行10秒、大约27公里，然后坠入太平洋。
落海时的撞击力会把X-43A的设计机密彻底摧毁。
试飞所得的空气动力学数据，将作为下次试飞和改良设计之用。
如果一切顺利，今后两年之内，X-43将进行三次不同性质的试飞来检验这种所谓“超高音速引擎”的性能。
NASA科学家称，他们到目前为止已为这个项目投入了2亿美元，但真正用于太空航行还得等25年。
届时，真正意义上的超高速飞机体长将达60米，能通过跑道自行升降，飞行速度最后能高达10马赫以上，从而为人类航空史揭开新的一页。
航空技术上的“惊人一跃”无人驾驶飞行器X-43A是NASA“极速X(HyperX)”计划的一部分，也是“高超音速”系列的头一炮。
所谓“高超音速(hypersonic)”，是指达到音速5倍(5马赫)或以上。
高超音速飞行有一大难题：普通引擎的叶片会碎毁。
因此X-43A采用的是“超音速燃烧冲压式喷气引擎”(supersoniccombustionramjet?，简称Scramjet。
它没有涡轮引擎般的叶片或移动组件，基本上就是一条一体成型的空管子，当飞行器飞行的速度足够时，被推逼进入机内的空气就被压缩，空气中的氧气与氢气这时就会混合燃烧，产生强大的推动力。
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。
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。
高超声速飞行器技术研究第一章研究背景高超声速飞行器技术是目前国际上航空飞行领域最具前沿性的重要研究方向之一。
这种新型飞行器能够在大气层极高速度下飞行，具有极强的机动能力和抗干扰能力，实用价值极高。
目前，美国、俄罗斯、中国等国家都在积极开展高超声速飞行器技术研究，目的在于提高自身国防实力，并拓展民用领域的应用前景。
第二章技术现状目前，全世界在高超声速飞行器技术方面的研究可分为两大类，即飞行器的气动布局和运动控制。
在气动布局方面，高超声速飞行器主要分为气动光滑体、球弹、掠面机翼等几种形式。
在运动控制方面，高超声速飞行器涉及多学科交叉，主要包括热防护材料、涡流制动、魔方阵控制等方面。
在美国，高超声速技术一直是国防部关注的重点领域。
美国空军和海军等军方单位已经开展了多年的高超声速飞行器研究，先后研制出多款高超声速飞行器，如X-51Waverider、X-43A、X-15等。
我国自2000年开始开展高超声速技术研究，随着国家实力的不断增强，高超声速飞行器技术也取得了长足发展。
中国航空航天工业集团、中国航天科技集团等国内航空工业领域企业已相继进行高超声速飞行器技术研究和开发计划，取得了多项成果，推动了我国高超声速技术的发展。
目前，我国的高超声速技术主要应用于航空军事、纵深打击、反导拦截和航空航天探测等领域，同时对于物理科学、可再生能源、环保等方面也有着广泛的探索和研究。
第三章技术难点高超声速飞行器技术的研究难点主要集中于以下几个方面：1. 气动布局方面。
高超声速飞行器面临着气动热、气动力等诸多问题，设计合理的气动布局是高超声速飞行器研究的重中之重。
2. 热防护材料方面。
高超声速飞行器的速度较快，摩擦加热程度极高，需要采用超高温热防护材料。
3. 运动控制方面。
高超声速飞行器的机动和操控能力需要达到极高水平，运动控制的研究和应用是高超声速飞行器研究的重要目标。
第四章技术前景高超声速飞行器技术的应用前景非常广阔。
2016.07军 事 纵 横马世祎 马建光高超音速飞行器：空天打击“杀手锏”日前，据俄罗斯媒体报道，俄罗斯海军已经完成了“锆石”新型高超音速巡航导弹的首次试射。
该型导弹的飞行速度马赫数被普遍认为在5~6左右，射程约为400千米，并将配装到“彼得大帝”号核动力巡洋舰，预计于2022年完成改装工作。
为什么一种新型导弹的研制能在世界范围内引起广泛关注？笔者认为，答案或许就在高超音速上。
高超音速，指物体的速度达到5倍音速（即5马赫）以上。
高超音速飞行器主要包括三类：高超音速巡航导弹、高超音速飞机以及航天飞机。
与主流喷气式飞行器相比，它们的设计飞行高度处于距离地面20~100千米的临近空间，通过超燃冲压发动机实现了从超音速到高超音速的跨越。
作为当前军事领域前沿科技的热点项目，高超音速飞行器在美、俄等主要军事国家的发展方兴未艾，并被全力打造为空天对地打击背景下的“杀手锏”武器。
美国—完整构建高超音速装备体系“1小时攻击世界任何地点”—围绕“常规快速全球打击”和“作战快速响应空间”这两大战略，美国积极开展高超声速飞行领域的技术研究，并取得了一系列成果。
而事实上，作为该领域的先行者，数十年来美国始终致力于高超声速飞行器的研发。
早在20世纪60年代，美国航空航天总署研发的X-15飞行器就突破了5倍声速；近几年，美国更是接连验证了高超声速气体动力学、飞行器设计、热防护、材料及动力系统等关键技术，力图构建完整的高超声速装备体系。
以美国X-43系列高超声速飞机为例，这种看上去很像一块冲浪板的无人驾驶飞机，从1996年开始研制，到2004年第二次试飞成功，前后共用了9年时间，最终突破7倍声速；“乘波飞行器”X-51系列是由美国空军研究实验室与国防高级研究计划局联合主持研制，这一验证机的终极目标是要发展一种比美国原武器库中任何导弹的速度都要快5倍以上的快速反应武器。
尽管X-51系列的研发进程略显曲折，但美国仍通过对高超声速飞行领域研究成果的转化吸收，接连提出了HTV高超声速轰炸机、SR-91“曙光女神”高超声速战略侦察机以及SR-72高超声速无人侦察机等一整套研制计划。
体化的轴对称高超声速导弹气动布局。
图1X-43A高超声速飞行器X-43A(如图1)计划是由DRAPA主导的以氢燃料为。
Science&Technology Vision科技视界9将提供一种全新的快速全球打击能力。
图2X-51A高超声速飞行器1.2无动力高超声速计划无动力高超声速计划通常采用助推器将高超声速无动力滑翔飞行器助推到预定的分离点,无动力滑翔飞行器通过长时间的高超声速滑翔飞行实现快速的投送和打击。
. All Rights Reserved.HTV-2(Falcon)计划是由DRAPA主导用来验证全球快速打击武器的关键技术,驻澳包括远程高超声速助推滑翔飞行器气动布局技术、热防护技术、先进GPS制导技术和碳/碳减速伞技术等。
HTV-2计划的目标是通然要求;图3高超音速飞行器典型弹道(3)精确打击能力,对点目标、机动目标的直接命中打击能力,对目标"点穴式"小附带损伤打击能力,是现代战争和未来信息化战争的基本要求,是精确打击和常规威慑的技术保证;(4)有效突防能力:导弹速度越高,其突防能力越强;关于飞行高度,其突防能力与拦截武器类型有关,对于靠气动力控制的拦截弹而言,其拦截能力随导弹飞行高度增高而下降,对于靠直接力控制的拦截弹而言,其拦截能力随导弹飞行高度增高而增强(5)高作战效能,具备包括高射前生存能力、有效Science &Technology Vision科技视界(上接第11页)基、海基或空基)需根据航区特点合理布置。
弹上测量参数种类、数量非常多,主要包括热流参数、压力参数、温度参数、过载参数、缓变电压模拟量、开关量等,数据的数据量非常大,因此遥测需满足大容量数据传输要求。
靶场地面站应能满足相关的保密保密要求。
(2)外测需求对导弹飞行试验全程进行外弹道测量,测量导弹位置参数及运动参数,如高度、距离、侧偏、速度、加速度等。
并能够按要求实时传送到指挥控制中心,用于监测和安控判决。
美国政府耗费巨资支持的造假—超高速飞机的神话柝解以综合学术角度剖析美国X-43A超高声速飞机试验作者深圳刘昌喆注：本文是应《中国军事》杂志建军八十周年记念约稿而作（2007）。
因观点非主流而被拒载。
留此存照，亦期交流。
2008年上传此文，因博客字数所限分成上下两部分，阅读不方便。
如今网站进步又重新整篇上传，—2010年的说明。
又注：当年文档中插不进图片，如今网站功能强大，所以加进图片整理重发。
美国的超高速骗局还在继续重演，2012年又有X-51试飞报道。
所以这篇写于2007年的文章仍有现实参考意义。
关键词：超高音速激波燃烧速度混合过程动量结构空气动力学飞行姿态稳定性学术结果不真实摘要：美国超高音速飞机X-43A在2001年曾试飞失败，当时舆论界在将信将疑中毁誉参半。
在2004年发布的X-43A飞机两次试验成功的结果以后，全世界舆论都为之贺彩；美国舆论称之为莱氏兄发明飞机后又一航空史上的重大突破。
各国航空学界多为美国科技之高超而折服，进而引发一轮包括中国在内的全世界范围的超高音速冲压发动机研发跟风热潮。
本文以严谨的多学科理论根据分析，证明该耗资1.8亿美金、轰动世界的试验原理上就存在多方面致命错误。
而关于所谓“试验的成功”的各种报道，也破绽多多，经不起推敲。
事实并非如报道的那样辉煌。
这应该是在美国政府出于政治利益而默许的、研究单位出于对耗掉如此巨资而无果，因利益需要的一起毫门学术造假。
一、X-43A超高音速飞机的“试验飞行”成功报道中的疑点X-43A超高音速飞机的“试验飞行”成功，在网上、报刊和电视的所有新闻媒体都有一段时间醒目的报道。
但在所有关于X-43A报道却有着共同的疑点：1、为什么耗此1.8亿巨资的，又是“成功”的试验项目最有价值的试验飞机不回收？这在技术上和经济上都应没有障碍（现代技术人造卫星都可以收回）,尤其X-43A是在海面溅落，回收相对更容易。
如回收飞机实体，一是有助技术总结的巨大科研价值，二是可与莱氏兄弟的飞机同样陈列在美国国家博物馆，其里程碑式“成功”使该试验飞机文物价值应该无法估量。
X-43A试验飞机再创10倍音速飞行纪录
佚名
【期刊名称】《国外科技动态》
【年(卷),期】2004()12
【摘要】美国试验的安装有超音速燃烧冲压发动机的X-43A，继三月创造7倍音速纪录后，近日将此记录提高到了10倍音速。
此速度能在2小时内从美国本土飞抵全球任何目标。
X-43A飞机属于无人驾驶高超音速飞机，长3．65米，翼展1．5米，采用冲压式喷气发动机。
这种发动机能从稀薄大气中获取氧，保证推进器正常工作。
【总页数】1页(P45-45)
【关键词】试验飞机;飞行;高超音速飞机;X-43A飞机;翼展;超音速燃烧;冲压发动机;纪录;机能;获取
【正文语种】中文
【中图分类】N4 V271.37
【相关文献】
1.X-43A高超音速飞行器C/C热防护涂层结构分析 [J], 李崇俊
2.X-43A试验飞机再创10倍音速飞行纪录·第一只克隆昆虫诞生·人类克隆问题协调小组成立·人兽混种动物降临…… [J],
3.高导热C/C复合材料在X-43A高超音速飞行器上的应用概况 [J], 李崇俊
4.美X-43A 7倍音速创世界纪录 [J],
5.X-43A飞行器首次飞行试验失败 X-43C飞行器的试验日期排定 [J], 臧晓京
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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。
高超声速飞行器的发展探析1引言高超声速飞行器一般是指以火箭发动机或超燃冲压发动机为主要动力，在大气层内或跨大气层以Ma5以上的速度飞行的飞行器。
我国著名科学家钱学森先生最早提出“高超声速”这一概念，他在1945年发表的论文《论高超声速相似律》中，首次使用了“Hypersonic”来表述“高超声速”，后来该词得到广泛认可。
高超声速飞行器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。
高超声速飞行器具有飞行高度高、速度快、侧向机动性好的优点，能在很短的时间内抵达地球上任何一点，迅速打击数千或上万公里外的各类军事目标。
因此，美国、俄罗斯、欧洲、日本、以色列等国均投入大量的人力、物力对其进行研究。
同时，近年来，各军事大国在推进技术、结构材料、空气动力和飞行控制等关键技术研究方面积累了丰富经验，这也为高超声速飞行器未来的发展奠定了基础。
2高超声速飞行器基本概念及特点[1-3]高超声速飞行器主要在临近空间，以Ma6~15 的高速度巡航飞行, 其巡航速度及飞行高度数倍于现有的飞机；同时由于采用吸气式发动机，其燃料比冲远高于传统火箭发动机，而且能实现水平起降与可重复使用，因此空间运输成本将大大降低。
高超声速飞行器技术的发展将导致高超声速巡航导弹、高超声速飞机和空天飞机等新型飞行器的出现，成为人类继发明飞机、突破音障、进入太空之后又一个划时代的里程碑。
高超声速飞行器具有飞行高度高、速度快、侧向机动性好的优点，能在很短的时间内抵达地球上的任何一点，迅速打击数千或上万公里外的各类军事目标。
这主要是因为它具有高性能动力推进系统。
超燃冲压发动机、脉冲爆震发动机是高超声速飞行器的关键技术。
目前，各国发展高超声速技术主要选用燃料可在高超声速内流中稳定燃烧的超燃冲压发动机。
超燃冲压发动机的适用范围为Ma5~16，飞行时不需要自身携带氧化剂，直接从大气中吸收氧气，作为助燃剂。
情报交流X243A飞行器的设计与制造 摘 要 叙述了X243A的主要设计和制造特点以及承包商团队在设计与制造中遇到的一些技术难点。
两次飞行试验的成功表明这一系列技术难点都得到了解决。
在这两次试验中,飞行器机体、发动机、各子系统以及分离系统都是首次进行试飞。
机载研究用测量系统和所有传感器都按照预想的状态工作。
因此,这两次飞行得到了大量的空气动力学和推进系统数据,除此以外还证明了高超声速飞行器可以使用现有的工程工具和技术进行设计和制造。
关键词 X243 设计 制造引 言在美国国家航空航天器(NASP)项目结束时,对此项目最严厉的批评之一是,只对最关键的部件超燃冲压发动机进行了风洞中的模拟飞行,而没有进行实际飞行。
因此NAS A兰利/德莱顿联合发起的Hyper2X项目,开始发展一种能够以马赫数10的速度进行飞行试验的飞行器, X243A就是该项目的显著成果。
参考文献[1]对设计过程进行了详细的回顾。
在概念上,X243A是不需使用特种燃料、可验证实际超燃冲压发动机性能的尺寸最小的飞行器。
通过采用现成的助推器,并用NAS A的B252B空中发射助推器和研究用飞行器,从而减小了飞行器的尺寸,以降低整个项目的成本。
X243A的升力体外形源于麦道公司为NAS A的兰利研究中心进行的马赫数10巡航飞行器研究。
合同的第三阶段要求对以氢燃料超燃冲压发动机为动力的研究用飞行器进行概念设计,以提供马赫数为7和10的速度条件下超燃冲压发动机工作和性能的飞行试验数据。
马赫数7试验得到的数据将可以直接与采用同一发动机和组合流路的地面测试结果进行对比,而马赫数10试验的结果将能够提供在该飞行马赫数条件下5s～10s的飞行试验数据。
对飞行器和发动机的设计采用最广泛的现有计算工具,而且飞行数据也可以验证这些设计方法的精确度。
在概念设计结束之后,NAS A开始寻找承包商团队来完成飞行器设计与制造工作,并支持飞行试验项目。
共有2个团队参与该阶段项目的竞争,其中一个是由麦道公司和普・惠公司组成的,另一个团队包括M icr oCraft公司、北美航空工业公司以及G AS L公司,NAS A选择了后一个团队。
高超声速飞行器的气动特性研究一、前言高超声速飞行器是目前国际上研究的热点之一，具有非常重要的军事和民用价值。
然而，由于其飞行速度远远超过常规飞行器，因此其气动特性也非常独特，需要进行深入的研究和探索。
本文将讨论高超声速飞行器的气动特性研究。
二、高超声速飞行器的气动特性1.高超声速飞行器的定义及特点高超声速飞行器（Hypersonic vehicle，简称HSV）是指飞行速度超过5马赫（即五倍音速）的飞行器。
在实际应用中，通常把马赫数大于10的飞行器称为“高超声速飞行器”，而把马赫数大于5但小于10的飞行器称为“超音速飞行器”。
高超声速飞行器具有极高的速度和机动性，具有很强的反制敌军能力，同时还能大幅度提高远程打击能力，具有重大的军事价值。
另外，在民用领域，高超声速飞行器也有着广泛的应用前景，比如在航天领域中，可以大幅度提高飞行器的载荷能力和进出轨道的速度等。
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十分独特，主要表现在以下几个方面：(1)大气力学特性复杂。
高超声速飞行器飞行时，其周围的气体会发生各种各样的流动现象，如激波、边界层、湍流等，这些现象极大地影响着飞行器的飞行特性。
(2)气动热力学效应显著。
由于高超声速飞行器的速度非常快，其周围的气体会发生显著的热化现象，这种现象会大幅度影响着飞行器的空气动力学特性。
(3)滑翔比低。
高超声速飞行器一般采用滑翔的方式飞行，而且由于其速度过快，其滑翔比通常较低，需要采取一些特殊的设计措施来确保飞行器的安全和稳定性。
(4)控制性差。
由于高超声速飞行器的速度非常快，其机动性较差，同时控制难度也比较大，需要采用一些特殊的控制手段和技术来保证飞行器的安全和稳定性。
三、高超声速飞行器的气动特性研究1.高超声速飞行器的气动特性研究意义高超声速飞行器的气动特性研究对于掌握高超声速飞行器的飞行性能和工作原理、设计性能和结构优化等方面具有非常重要的意义。
其主要意义可以总结为以下几点：(1)为高超声速飞行器的设计、制造和飞行提供理论依据和技术支撑；(2)为高超声速飞行器的性能评估和优化提供基础数据和方法；(3)为高超声速飞行器的控制和导航提供参考和支撑；(4)为高超声速飞行器的应用和发展提供技术保障和支撑。
高超声速空天飞行器研究现状摘要高超声速飞行器一般是指飞行马赫数大于5且能够在大气层和跨大气层中实现远程飞行的飞行器。
这种飞行器在高度和速度上都具有相当大的优势，在军民领域具有巨大的应用潜力。
高超声速飞行器是21世纪航空航天技术新的制高点，是航空史上继发明飞机、突破声障飞行之后第三个划时代的里程碑，同时也将开辟人类进入太空的新方式。
本文首先阐述了高超声速空天飞行器的概念，强调了其主要的军事用途。
其次，分析了空天飞行器的主要气动布局形式和特点。
最后，对国外航空航天大国的空天飞行器相关发展情况进行了综述，包括美国、俄罗斯、澳大利亚和法国等国家。
1. 引言未来的高超声速飞行器能够在2个小时之内到达地球任何地方，能够像普通的飞机一样水平起飞水平降落，并以廉价的成本完成天地往返的运输任务，从而可在空间控制和空间作战中发挥重要的作用，而这些要求的实现从根本上都取决于高超声速飞行器技术的发展。
高超声速飞行器所具有的全球实时侦查、快速部署和远程精确打击能力，将改变未来战争的作战样式，对国家安全产生战略性的影响。
高超声速飞行器还具有显著的军民两用性，能为民用运输和航天运载等领域提供全新的途径，进而对社会进步及国民经济产生带动作用。
2. 空天飞行器随着现代科学技术的进步和未来战场的不断拓展，世界各国正在逐步把航空和航天飞行器朝着有机结合成一体的方向推进。
空天飞行器是指既能够进入太空飞行，又能较长时间在大气层内飞行的一种飞行器。
空天飞机是在航空和航天技术相结合方面的初步尝试，可实现航天运载系统的部分重复使用、提高操作效率和大幅度降低航天运输费用的目的，同时更具有广阔的军事运用前景。
虽然目前单级入轨或多级入轨的空天飞机还处于探索研究阶段，但它可望成为世纪最先进、最经济有效的航天运载工具，代表了今后数十年内航天运载技术的发展方向，并且将成为未来控制空间、争夺制天权的关键武器装备之一。
空天飞行器的飞行过程可分成三段：一是发射上升段，二是轨道飞行段，三是再入返回段。
高超声速飞行器的动力学性能分析一、引言高超声速飞行器（Hypersonic Aircraft）是指飞行速度超过5倍音速（Mach 5）的飞行器，由于其高速、高温等特殊条件，其动力学性能表现出较高的复杂性和特殊性。
因此，对于高超声速飞行器的动力学性能分析成为科学家们研究的重要课题。
本文主要分析高超声速飞行器的动力学性能并探讨相关应用。
二、高超声速飞行器动力学性能分析高超声速飞行器的飞行速度达到5倍音速以上，速度越高，其动力学性能表现出越高的特殊性。
高超声速飞行器的动力学性能分析主要包括以下内容：1. 飞行姿态控制高超声速飞行器的飞行姿态控制需要充分考虑其高速和高温的特殊性。
传统的飞行姿态控制方法已经无法适应高超声速飞行器的特殊要求。
因此，需要采用更加灵活的方法进行飞行姿态控制，如自适应控制和模型预测控制等。
2. 飞行稳定性分析高超声速飞行器的飞行稳定性受到外界环境和高速引起的气动效应影响较大。
需要通过理论分析和风洞试验等方式进行飞行稳定性分析，根据分析结果对飞行器结构和控制系统进行优化设计。
3. 弹性变形和振动分析高超声速飞行器在高速飞行过程中会受到较大的气动力和热应力作用，从而导致其结构变形和振动。
因此，需要进行弹性变形和振动分析，并对飞行器结构进行设计和优化。
4. 相关试验和验证高超声速飞行器的特殊性需要进行相关试验和验证。
风洞试验、火箭发动机试验等试验方式可以验证飞行器的动力学性能和控制系统的正确性。
三、高超声速飞行器的应用高超声速飞行器具有较高的转化价值和应用前景，主要应用于以下领域：1. 军事领域高超声速飞行器在军事领域具有非常重要的作用，主要应用于高速侦察、导弹拦截、核打击等。
高超声速飞行器的速度非常快，可以在极短的时间内完成军事任务，提高战争的效率和成功率。
2. 航天领域高超声速飞行器在航天领域同样具有较大的应用价值，可以用于太空探测、行星探测等。
由于其高速和高温的特殊条件，可以更好地适应太空环境的需求，提高太空探测的效率和成果。
国外高超声速飞行器的发展及关键技术高超声速一般是指流动或飞行的速度超过5倍声速，即马赫数（Ma）大于或等于5。
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。
吸气式高超声速飞行器飞行时不需要像火箭那样自身携带氧化剂，可以直接从大气中吸取氧气，因而它的航程更远、结构重量更轻、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，并相续进行了地面试验和飞行试验。
高超声速技术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、跨大气层飞行器和空天飞机为应用背景的先期技术开发阶段。
一、国外高超声速飞行器的发展1.美国美国自20世纪50年代开始研究吸气式高超声速技术。
20世纪80年代中期，美国实施了采用吸气式推进、单级入轨（马赫数25）的国家空天飞机计划（NASP），由于在技术、经费和管理方面遇到了一系列的困难，NASP计划于1995年停止。
尽管如此，NASP计划仍然大大推动了美国高超声速技术的发展，仅美国航空航天局（NASA）兰利研究中心就进行了包括乘波外形一体化和超燃冲压发动机试验在内的近3200次试验。
通过这些试验，美国已经基本上掌握了马赫数小于8的超燃冲压发动机设计技术，并建立了大规模的数据库，从而为实际飞行器的工程设计打下了牢固的技术基础。
从1996年开始，美国对高超声速飞行器技术的发展进行了调整，确立了分阶段逐步发展的思路，降低了近期的发展目标。
目前，美国正在全方位发展高超声速飞行器技术，主要目标是研制马赫数小于8的高超声速巡航导弹（包括海军的高速打击导弹、空军的高超声速巡航导弹和国防高级研究计划局的“可负担得起的快速反应导弹”），同时实施以高超声速飞机为应用背景的高超声速飞行试验计划（Hyper一X）。
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。
通过这些试验掌握了M a < 8的超燃发动机设计技术, 并建立了数据库, 从而为实际飞行器打下了牢固的技术基础。
实际上, 30多年来, 兰利研究中心一直在进行这方面的研究, 曾经在2. 44 m高温风洞中研制和试验过22个发动机。
在此基础上, 美国于1996 年开始, 针对高超声速导弹、高超声速飞机和空天飞机的研制工作调整高超声速技术的研究目标, 在发展和应用高超声速技术方面采取了更为稳妥的循序渐进策略,提出了更为现实的全方位的高超声速武器和先进航天器研制计划。
NASA和美国空军在2000年12月达成协议, 将联合进行高超声速技术的发展和验证。
2001年, NASA和美国国防部联合提出了国家航空航天倡议(NAI) , 重申了美国高超声速飞行器的发展战略:近期发展高超声速巡航导弹;中期重点发展全球到达的高超声速飞机;远期发展廉价、快速、可重复使用的航天运载器。
2001 年6 月到2004 年11月, NASA Hyper2X计划的X43A进行了3次飞行试验,除第一次以失败告终外, 第二次飞行试验实现了7倍声速飞行, 第三次在大约33. 5 km 高度飞行时以M a= 9. 8 (11 270 km /h)的惊人速度载入世界飞行速度记录。
X43A 的成功飞行试验, 验证了高超声速飞行器的设计概念、设计方法和地面试验结果。
但2006年年初NASA表示, 将把航空领域的研究重点从之前的飞行演示验证重新转向基础研究和设计工具开发, 同时, NASA对其组织结构进行调整,将高超声速研究纳入基础航空部分。
X43高超声速研究小组的项目重点将进行基础性的技术研究而不是飞行试验。
下面介绍一下美国在高超声速研究的几个重要计划：HyTech计划美国空军在1995 年推出了HyTech计划, 美国空军研究实验室(AFRL ) 、美国国防高级研究计划局(DARPA) 和NASA 参与了该项目。
HyTech 计划的目标是验证M a = 4 ～8的碳氢燃料超燃冲压发动机的可操作性、性能和结构耐用性, 验证适合于未来高超声速巡航导弹和高超声速远程打击飞机的超燃冲压发动机技术。
2006年7月27 日, 普惠公司宣布GDE22 在NASA 兰利研究中心完成了试验。
这是闭环碳氢燃料超燃冲压推进系统在超声速条件下首次成功完成试验。
在兰利高2. 44 m高温隧道中进行的若干次Ma= 5 试验间,GDE22产生了重要的超声速数据结果。
GDE22试验的成功完成标志着超声速技术获得了重要的里程碑式成就。
它是一个成套推进系统, 包含许多实现世界超声速推进所需的技术。
包括AFRL、DARPA、NASA、普惠公司和波音公司在内的政府2工业团队,将利用GDE22 验证的技术, 为X251A飞行验证计划研发推进系统。
HyFly计划2002年, DARPA 和海军研究办公室(ONR)联合出资实施HyFly高超声速导弹验证项目。
该项目与由国防高级研究计划局和空军联合出资实施的采用高超声速发动机的单台发动机验证器(SED) 项目(即HyTech 计划的飞行试验部分),都是为开辟新的航空飞行领域、促使航空业发展所作的努力。
2006年,美国防部考虑将分别由空军和海军独立研制的高超声速推进系统作为下一代全球打击武器动力系统的一部分。
海军领导的yFly 技术验证器和空军的乘波器项目将成为从舰船、潜艇或飞机发射的下一代高速导弹动力系统的候选方案。
按照国防部设想, 装有HyFly推进系统的弹药将由空军的F15 战斗机或任何其它型号的轰炸机发射, F22A、F35 和海军的F /A18 也将配备装有HyFly发动机的弹药。
2006年5月, 国会签署命令成立联合办公室以加强高超声速技术的联合研究。
参议院2007财年国防授权法规定, 该联合办公室将承担的工作包括统管国防部主要的高超声速项目研究, 并协调国防部和NASA加快打击平台的研制。
即使空军或其它军种选择HyFly或乘波器系统作为未来打击武器的一部分, 高超声速系统仍然面临一系列研制和试验的挑战, 将经历包括弹头整合、扩展平台整合以及微小改进在内的常规系统设计和研制阶段。
HyFly计划总共进行4次飞行发射试验, 2008 年1 月, Hy2Fly项目进行了第4次飞行试验,在飞行了约58 s后坠入了大海。
X51A计划2005年9月27 日, 美国空军正式授予空军研究实验室(AFRL)的超燃冲压发动机验证飞行器的代号为X51A。
实际上, AFRL在2003年就已经开始研制试验飞行器, 并在2004年1月决定采用普惠公司的超燃冲压发动机验证机乘波器。
2004年12月SED通过初始设计评估, 2005年1月开始详细设计, 2007年5月通过关键设计评估, 目前计划在2010年的首次飞行试验中取得了成功。
1.2 欧洲国家积极推进高超声速技术开发俄罗斯的高超声速技术仍处于世界领先地位虽然苏联的解体严重影响了俄罗斯许多先进技术的研发, 但其在高超声速技术研究领域仍处于世界领先地位。
先后开展了冷、彩虹2等高超声速计划。
冷计划自1991 年以来进行过5次轴对称发动机飞行试验,发动机长4. 3 m, 质量593 kg,由SA地空导弹发射。
5次试验中, 除第3、4次出现过电子、机械故障外, 其余3 次都十分成功。
鉴于俄罗斯的经济现状, 试验都与国外合作, 第2、3次是俄法合作, 第4、5次是俄美合作。
5次验证性飞行试验的成功之处包括以下几点:1)实现了亚声速燃烧向超声速燃烧的转变;2) 飞行马赫数最高达到6. 5;3)获得了M a = 3. 5 ～6. 45飞行速度和相当高的动压飞行条件下有关亚声速和超声速燃烧的飞行试验数据;4)冷高超声速试飞器、超燃冲压发动机模型、试飞器发射系统已经成为一套很完善的试验设备。
法国持续推进高超声速技术研究自20世纪60年代以来, 法国从未间断过高超声速技术研究。
他们把航程大于1 000 km、高升阻比外形、巡航飞行M a =6 ～6. 5、使用双模态冲压发动机的高超声速导弹作为首选的应用目标。
法国在这一技术领域中的重大进展包括:1) 1960—1964 年, 用两级火箭进行了10 次飞行试验, 煤油燃料冲压发动机质量为300 kg, M a = 3-5;2) 1992 年, 在法国国防部领导下, 开始国家高超声速研究与技术计划( PREPHA) ;3) 1993 年, 法俄成功进行了M a = 6的联合飞行试验;4) 1994 年, 进行了大流量氢燃料超燃冲压发动机试验;1997年, 进行了用于导弹的大流量(80 kg/ s)的煤油燃料超燃冲压发动机试验; 另外, 1994年11月首次进行优化冲压发动机喷射性能的氢燃烧室试验, M a = 6,时间为2 min, 气流总温为1 800 K,总压为8MPa, 流量为80 kg/ s;5) 1997 年, 开始为期4 年的德法联合研究计划, 开发性能更先进的、M a = 2 ～12的双模态冲压发动机。
目前还在进行的计划有Promethee 导弹计划和LEA 计划。
欧盟合作开展LARPCAT计划2005年春季, 欧盟( EC)启动了一项持续3年的项目, 名为长期先进推进概念和技术。
该项目启动了关于持续高超声速飞行推进概念的研究。
欧洲航天局欧洲航天技术中心联合了来自6个欧洲国家的工业界、研究所以及大学共同参与该项目, 由位于荷兰的欧洲空间研究和技术中心负责协调。
该项目的目标是降低远距离飞行的时间, 为长期( 20 ～25年)的先进推进概念研究确定一个可靠的技术基础。
该项目将实现以下目标:·在系统层面上定义高速飞行的需求和工作状态;·建立针对超声速下的高速气动高压燃烧以及流体现象的试验数据库;·通过数字仿真工具建立并验证物理模型, 从而确定超声速、高压燃烧、湍流以及转捩现象;·对质量性能涡轮和热交换器部件的可行性进行研究。
LAPCAT项目希望能够重新评估超声速运输机( SST) , 并且通过采用轻型先进材料突破“和谐”式飞机的材料极限, 从而实现4 到8倍声速的飞行。
LAPCAT项目的初步参数研究显示,到目前为止M a = 4 ～5是可行的, 并且有实现M a = 8飞行的潜力。
但仍然需要更详细的研究,目前正在对M a = 8的RBCC推进的飞行器进行研究, 以确定其性能。
1.3 日本实施高超声速飞行器发展计划日本的高超声速飞行器发展计划主要是指空间运载器计划,20世纪80年代以来, 开展了一大批以HOPEX计划为代表的空天运输计划。
这些计划中包括研制采用超燃冲压发动机的高超声速运输机和采用升力体结构的单级入轨或二级入轨的空天飞机。
