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1、第卷第期力学进展日年月高超音速‘飞行器及其关键技术简论‘杨亚政啥李松年杨嘉陵北京航空航天大学,固体力学研究所,北京!中国科学院力学研究所,北京摘要简要评述了高超音速飞行器及其关键技术,包括高超音速飞行的定义、高超音速流动的特征、高超断了覆盖范围、高超飞行器蒙皮温度、以及高超飞行设计特点高超飞行器的背景高超飞行器研制的发展简史,及经验与思考吸气式高超飞行器典型设计过程、发展战略、技术规划、和关键技
2、术领域关键词高超音速流,,,,,动吸气式高超飞行器涡轮发动机冲压喻气发动机涡轮基组合循环火箭基组合循环热防护系统间的流场定义为激波层对高超音速引言,,流激波层非常薄也就是说激波与壁而的距离很接‘、近于边界层的尺度由此产生了激波与附面层相耳干高超音速的定义扰的‘勃性相干’现象另外一个根据经典高超音速高温气体动力学教科书和典型现象是墒层它是指高超气流经美国国家研究会议对美国空军高超音速规划的评估‘’,
3、过头部激波发生很强的墒梯度这个墒层流向下报告高超音速定义一般认为大于倍音速的速,,游基本上覆盖了离开头部很远的大部分坛行器表飞行器越细长度称为高超音速发生明显高超效应,,,‘’面由于这个墒层区也是一个很强的旋涡区它与在的数就越高在发动机内部高超这一术语指的,“’’,,,其内沿物体表面增长的附面层相互影响旋度是在驻点处温度高到化学反应变得很重要气体行为不能再用简单模型代表这个定义只是一个经相干高超音速气流经过物体,验性的规则‘,当一个流动从
4、变到一由于勃性摩擦在物体表面上产生附面层附’层的时,不能认为流动从超音速马上就变成高超音速了特性受其内部的温度特性主导高超音速流动的,,个特点就是其附面层厚度增加得比低速度流动中附科学地讲高超音速流动最好定义为一个范围在这,,,面层厚度增加得要快得多根本原因就是高超音速个范围内当数增加时某类物理现象逐渐变得,,越来越重要在有些情况下,一个或几个物理现象在附面层内的温度增加得快高超流动这种厚附面,,层会对附面层外边界的非勃性流动产牛比较大的影时可能变得重要而在另外一些情况下直
5、,到或更高时才变得重要所以了解高超音速流响这属于前面提到的勃性相干赫性打对于高超、、阻力、,音速飞行器表面的压力升力稳定性有很大动首先就需要了解伴随高超音速流动所发生的一些特殊现象影响另外飞行器表面的摩擦和热传递也因这种相干而增加在预测气动加热的温度和加热率时,必须考伴随高超流动的一些特殊物理现象特征虑这种相干作用且高温流动薄激波层,,‘火是高超音速流动的像高速气体流经物体时形成强激波的后面会产生很,
6、一个基本特征根据激波动力学理论,激波与物体之高的温度这时会发生化学反应当温度增加高到一冬,‘一〔,一收稿日期修期北京市教育委员会工程力学共建项一资助〔〔‘,”定再增加温动、尾流、以及高空高超流动飞行器机翼前缘部位程度就足以激励气体分子内的振动能,,度就引起气体的解离如氧分子氧原子商超飞行祖盖的范围氮氮原子再增加温度就会引起电离在速度高度图中,
7、高超音速飞行覆盖了广阔的分子,什一十一,如一氧化氮氧化氮离子电子区域包括速度从零到轨道速度甚至更高高度从氧氧离子电子一这个解离和电离海平面到大气层上部再到近地球轨道原子,,,的程度和过程是随气体温度变化而变化的比如当再到月球⋯在文献中将高超,。,飞行任务分为个系统再入系统如速度气体温度达到时气体氧分子就开始解离、,的乘员探险飞行器而在时氮分子开始解离当在
8、时,、、会出现电离这种现象因不同飞行器的飞行轨迹而火星和大行星探测器大卫星如。异’如果高超音速飞行器表面为烧蚀材料防护,的空间运输系统,,,水星探测器上升系统如,那么烧蚀的产物也会存在于附面层内从而引起复杂,,的空天飞机
