技术详细介绍
高超音速飞行器是本世纪正在研发的前沿科技新 项目，它又被称作“近空间高超音速飞行器（NSHV） ”。 这种飞行器飞行高度可达离地面20〜100km的大气 层空间，这一空间位于低轨卫星轨道的下方、一般飞 机的飞行高度的上方，包括大气平流层、中间层和部 分热层，是尚待开发的近空间区域。从科技的角度分析，高超音速飞行器同时融合了 航天和航空的诸多前沿技术，这些前沿技术与传统飞 行器技术比较，主要有以下几方面特点：复杂的气动 特性；使用超燃冲压发动机；飞行器机体与发动机一 31 体化；飞行器机体与推进系统和飞行器结构动态之间 耦合强；飞行器模型非线性度高；飞行器飞行高度、 速度跨度大；飞行环境复杂，瞬息万变；气动特性和 气热特性变化剧烈；控制精度高，末制导难度大。北京大学工学院研究团队在高超声速转披边界层 气动加热机理研究上取得突破，相关结果发表在流体 力学重要期刊 Physics of Fluids: Letters, J. Fluid Meeh., AIAA J. ±,在国际上引起高度关注。国际学 界高度评价了该项工作，认为其构建了气动加热新原 理，对于改进高超飞行器的设计，提高其安全性具有 极为重要的意义。一般认为高超声速边界层中的气动 加热来自于壁面摩擦力的剪切做功，该课题组运用多 种实验手段在北京大学高超声速静风洞中展开实验， 并结合理论和计算方法，发现由包括胀压粘性在内的 胀压做功过程会在转披前期产生剧烈的气动加热，其 大小可能超过完全湍流状态下的气动加热值，这一过 程与由二次模态波引起的高频压缩——膨胀过程紧密 相关。这一重要发现告诉人们，在高马赫数流动中，胀压做功特别是胀压粘性系数的作用不可忽视，准确评 估其大小对于高超转披的理论分析和计算建模具有极为 重要的意义。