基于乘波构形的跨大气层飞行器气动布局

乘波体构型飞行器的高超声速测压实验研究肖虹;高超;党云卿【摘要】The waverider configuration is an important configuration of hypersonic cruise vehicle. Hypersonic flow around a multi-objective optimization designed waverider is experimentally studied by pressure measurement, force measurement and Schlieren observation at M= 6 and 7 and angle of attack ranging from -4° to 8°. The results show that the aerodynamic characteristics of all the components of the waverider are good. The forebody precompression quality meets the design requirements well, the forebody shock is exactly caught by the lip of the inlet and the flow is quickly expanded at the aft body.%乘波体构型是高超声速飞行器的重要气动布局之一.对某多目标优化设计的乘波体构型飞行器进行了高超声速测压实验,对其气动性能进行风洞实验验证.实验马赫数M=6和M=7,迎角α=-4°、-2°、0°、2°、4°、6°、8°.结果表明:该乘波体构型各部件气动性能良好.进气道唇口准确捕捉到压缩激波,激波位置与设计吻合.乘波体上表面流向压力变化不大,有利于减小乘波体飞行阻力.下表面经过进气口内压段时压力有明显的增大,后体膨胀效果显著.在设计状态下,该乘波体飞行器整体气动性能良好.【期刊名称】《实验流体力学》【年(卷),期】2011(025)003【总页数】4页(P34-36,40)【关键词】乘波体;气动特性;测压试验;高超声速;激波【作者】肖虹;高超;党云卿【作者单位】西北工业大学翼型/叶栅空气动力学国家科技重点实验室,西安710072;西北工业大学翼型/叶栅空气动力学国家科技重点实验室,西安710072;中航工业第一飞机设计研究院,西安710089【正文语种】中文【中图分类】V211.70 引言乘波体构型是高超声速飞行器的重要气动布局之一。

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。

乘波体特性研究现状及展望作者：刘济民常斌张朝阳周益来源：《航空科学技术》2023年第11期摘要：乘波体特性研究是开展乘波飞行器设计的基础。

本文对乘波体相关特性的研究现状进行了分析，重点总结了乘波体几何特性、气动特性、气动热特性等静态特性和横航向稳定性、纵向稳定性以及弹性效应对稳定性的影响等动态特性的研究进展；在此基础上，对乘波体特性研究中还存在的困难和问题进行了分析，并对未来进一步的研究重点进行了展望。

研究表明，乘波体的几何特性决定了其适用于高超声速飞行器的前体设计；乘波飞行器适用于在设计点和小迎角工况下飞行，宽速域、大空域范围内气动性能还难以满足实际使用需求；在进行高超声速乘波飞行器气动外形设计时，应综合考虑气动力和气动热之间的平衡折中，采用合适的气动热解决方法来满足工程应用的需要；乘波体需具有上反角和“下凸”的外形特征，以满足稳定性要求。

可为乘波飞行器的研究发展提供参考。

关键词：乘波体；气动特性；气动热特性；动态特性；高超声速飞行器中图分类号：V221.3 文献标识码：A DOI：10.19452/j.issn1007-5453.2023.11.004乘波体由于其在高超声速下具有更高的升阻比，而且乘波体下表面流场比较均匀，有利于机体与发动机的一体化设计，因此成为高超声速飞行器的首选构型。

国内外学者已进行了大量的乘波体理论研究，美国等发达国家已开展了高超声速乘波飞行器的相关飞行验证[1-3]，我国也于2018年8月开展了乘波飞行器的飞行试验，实现了“国内第一乘波体”的飞行试验[4]。

理论分析、风洞试验和飞行试验均表明，乘波构型与常规构型相比，在高超声速条件下具有更大的升阻比。

虽然乘波体的设计方法已经比较成熟，但是要把乘波体用于高超声速乘波飞行器的设计尚需进一步系统研究。

存在的主要问题有：（1）升阻比高的乘波体往往容积率较低；（2）设计是基于特定飞行状态下的理想构型，非设计状态下的气动特性大打折扣；（3）乘波构型优异的气动性能与尖锐边缘特征带来的防热、控制等问题之间存在矛盾；（4）扁平外形导致乘波构型的操纵性和稳定性较差。