乘波飞行器低马赫数飞行状态下的气动性能研究
航空器气动性能的实验研究
航空器气动性能的实验研究在现代航空领域，航空器的气动性能是决定其飞行性能、安全性和经济性的关键因素之一。
为了深入了解和优化航空器的气动性能，实验研究一直是不可或缺的重要手段。
气动性能主要包括升力、阻力、力矩等特性，这些特性直接影响着航空器的飞行速度、高度、航程、机动性等关键指标。
实验研究的目的就是通过实际测量和分析，获取准确的气动数据，为航空器的设计、改进和性能评估提供可靠的依据。
在进行航空器气动性能实验研究时，首先要确定研究的对象和目标。
这可能是一款新设计的飞机机翼，也可能是某种特殊的飞行器外形，或者是对现有航空器的气动改进方案。
根据研究对象和目标的不同，选择合适的实验方法和设备。
风洞实验是最常见的航空器气动性能研究手段之一。
风洞是一种能够产生可控气流的设备，将航空器模型放入风洞中，通过测量气流对模型的作用，可以获得模型在不同风速、攻角、侧滑角等条件下的升力、阻力和力矩等数据。
风洞实验的优点是可以精确控制实验条件，重复性好，数据准确可靠。
但风洞实验也存在一些局限性，比如模型尺寸通常较小，可能存在尺度效应，而且风洞的建设和运行成本较高。
除了风洞实验，飞行试验也是获取航空器气动性能数据的重要途径。
飞行试验是在真实的飞行环境中对航空器进行测试，可以获得最真实、最直接的气动性能数据。
但飞行试验的风险较大，成本高昂，而且受到天气、空域等多种因素的限制。
在实验过程中，测量技术是至关重要的。
常用的测量手段包括压力传感器、热线风速仪、激光测速仪、测力天平等等。
这些测量设备能够准确地测量气流的压力、速度、模型所受到的力和力矩等参数。
同时，数据采集和处理系统也是必不可少的，它们能够将测量到的数据进行实时采集、存储和分析，以便快速获得实验结果。
以飞机机翼的气动性能研究为例，在风洞实验中，需要设计和制造与真实机翼几何形状相似的模型，并在模型表面布置大量的压力传感器。
通过改变风洞中的风速和机翼的攻角，测量不同条件下机翼表面的压力分布，进而计算出机翼的升力和阻力。
飞行器气动性能的实验方法与新技术研究
飞行器气动性能的实验方法与新技术研究在航空航天领域，飞行器的气动性能是决定其飞行性能、安全性和经济性的关键因素之一。
为了优化飞行器的设计，提高其性能，对气动性能的准确测量和分析至关重要。
本文将探讨飞行器气动性能的实验方法以及近年来出现的新技术，旨在为相关研究和工程实践提供有益的参考。
一、传统实验方法1、风洞试验风洞试验是研究飞行器气动性能最常用和最成熟的实验方法之一。
风洞是一个能够产生可控气流的装置，将飞行器模型放置在风洞中，通过测量气流对模型的作用，如升力、阻力、力矩等，来评估飞行器的气动性能。
风洞试验可以模拟不同的飞行条件，如速度、高度、迎角等，为飞行器的设计和改进提供重要的数据支持。
然而，风洞试验也存在一些局限性。
首先，风洞中的气流与真实飞行中的气流存在一定的差异，例如边界层效应、气流的湍流特性等。
其次，风洞试验的成本较高，模型的制作和测试过程较为复杂，需要耗费大量的时间和资源。
2、飞行试验飞行试验是在真实飞行条件下对飞行器的气动性能进行直接测量。
通过在飞行器上安装各种传感器，如压力传感器、加速度传感器、空速传感器等，获取飞行过程中的相关数据。
飞行试验能够获得最真实的气动性能数据，但也面临着较高的风险和成本。
此外，飞行试验的条件受到诸多限制，难以对不同的飞行状态进行全面的测试。
二、新技术的发展1、数值模拟随着计算机技术的飞速发展，数值模拟在飞行器气动性能研究中发挥着越来越重要的作用。
数值模拟基于流体力学的基本方程，通过离散化和数值求解的方法，预测飞行器周围的流场分布和气动性能。
与传统实验方法相比，数值模拟具有成本低、效率高、能够模拟复杂流动现象等优点。
然而，数值模拟的准确性依赖于模型的准确性和计算方法的可靠性，目前仍需要与实验结果进行对比和验证。
2、粒子图像测速技术（PIV）PIV 技术是一种先进的流场测量技术，通过在流场中撒播示踪粒子，利用激光照射和高速相机拍摄，获取粒子的运动轨迹，从而得到流场的速度分布。
飞行器气动性能的实验研究与分析
飞行器气动性能的实验研究与分析在航空航天领域，飞行器的气动性能是决定其飞行性能、安全性和经济性的关键因素之一。
对飞行器气动性能的深入研究和准确分析，对于飞行器的设计、优化和改进具有极其重要的意义。
飞行器在飞行过程中，会与周围的气流相互作用，产生各种气动力和力矩。
这些气动力和力矩的大小、方向和分布直接影响着飞行器的飞行姿态、速度、高度和稳定性等重要性能指标。
因此，通过实验研究来获取飞行器在不同飞行条件下的气动性能数据，并对这些数据进行深入分析，是提高飞行器性能的重要手段。
在进行飞行器气动性能实验研究时，通常需要搭建专门的实验设备和测试系统。
风洞实验是最为常见和重要的一种实验手段。
风洞是一种能够模拟不同气流速度和流动状态的设备，通过将飞行器模型放入风洞中，并测量模型在不同气流条件下所受到的气动力和力矩，可以获取飞行器的气动性能数据。
在风洞实验中，模型的制作精度和相似性对于实验结果的准确性至关重要。
模型需要按照一定的比例缩小，并尽可能地保留原飞行器的外形特征和气动特性。
同时，模型的表面粗糙度、安装方式和测量传感器的布置等因素也会对实验结果产生影响，因此需要在实验前进行精心的设计和准备。
除了风洞实验，飞行试验也是获取飞行器气动性能数据的重要方法之一。
通过在实际飞行中对飞行器的各种参数进行测量和记录，可以获得最真实的气动性能数据。
然而，飞行试验的成本较高，风险较大，而且受到多种因素的限制，如天气条件、飞行空域和安全规定等。
在实验过程中，测量技术的选择和应用也是非常关键的。
常见的测量技术包括压力测量、速度测量、温度测量和力测量等。
压力测量可以通过在模型表面布置压力传感器来获取气流在模型表面的压力分布；速度测量可以采用激光测速仪、热线风速仪等设备来测量气流的速度；温度测量则可以用于研究气流的热力学特性；力测量则可以通过天平装置来测量飞行器模型所受到的气动力和力矩。
获取了实验数据后，接下来需要对这些数据进行深入的分析和处理。
飞行器气动性能的实验与仿真方法研究
飞行器气动性能的实验与仿真方法研究在航空航天领域，飞行器的气动性能是决定其飞行性能、安全性和经济性的关键因素之一。
因此，对飞行器气动性能的研究一直是该领域的重要课题。
本文将探讨飞行器气动性能的实验与仿真方法，以期为相关研究和工程实践提供有益的参考。
一、飞行器气动性能的重要性飞行器在飞行过程中，会与周围的气流相互作用，产生升力、阻力、力矩等气动力和气动力矩。
这些力和力矩的大小和分布直接影响着飞行器的飞行姿态、速度、航程、燃油消耗等性能指标。
例如，良好的气动性能可以使飞行器在相同的动力条件下获得更高的速度和更远的航程，同时降低燃油消耗和运营成本。
此外，气动性能还与飞行器的稳定性和操纵性密切相关，对于保证飞行安全具有重要意义。
二、飞行器气动性能的实验方法1、风洞试验风洞试验是研究飞行器气动性能最常用的实验方法之一。
风洞是一种能够产生可控气流的设备，通过将飞行器模型放置在风洞中，并测量模型在不同气流条件下所受到的力和力矩，可以获得飞行器的气动特性。
风洞试验的优点是能够模拟真实的飞行环境，测量结果较为准确。
然而，风洞试验也存在一些局限性，如模型尺寸和雷诺数的限制、试验成本较高、试验周期较长等。
2、飞行试验飞行试验是在真实的飞行条件下对飞行器的气动性能进行测试。
通过在飞行器上安装各种传感器和测量设备，可以获取飞行器在飞行过程中的气动力、飞行姿态、速度等数据。
飞行试验能够直接反映飞行器在实际飞行中的气动性能，但由于飞行试验的风险较大、成本高昂，通常只在飞行器的研制后期或对一些关键性能进行验证时采用。
3、水洞试验对于一些在水下运行的飞行器，如水下滑翔机、潜水器等，可以采用水洞试验来研究其气动性能。
水洞试验的原理与风洞试验类似，只是将工作介质由空气换成了水。
水洞试验可以用于研究飞行器在水下的阻力、升力、流场等特性。
三、飞行器气动性能的仿真方法1、计算流体力学（CFD）方法计算流体力学是通过数值求解流体流动的控制方程来模拟飞行器周围的流场，从而计算飞行器的气动性能。
飞行器气动性能的数值模拟研究
飞行器气动性能的数值模拟研究在现代航空航天领域，飞行器的气动性能是决定其飞行性能、安全性和经济性的关键因素。
为了更好地设计和优化飞行器的外形，提高其气动性能，数值模拟技术成为了一种重要的研究手段。
本文将对飞行器气动性能的数值模拟研究进行详细的探讨。
一、数值模拟的基本原理数值模拟是基于流体力学的基本方程，如纳维斯托克斯方程（NavierStokes equations），通过数值计算的方法来求解飞行器周围流场的物理量分布。
这些物理量包括速度、压力、温度等。
数值模拟的过程通常包括以下几个步骤：首先是建立几何模型。
这需要精确地描述飞行器的外形，包括机翼、机身、尾翼等部件的形状和尺寸。
然后是网格生成。
将几何模型划分成许多小的单元，形成网格，以便于进行数值计算。
接下来是选择合适的数值算法和求解器。
常见的算法有有限体积法、有限差分法等。
最后是设定边界条件和初始条件，进行数值求解，并对结果进行后处理和分析。
二、数值模拟方法的分类数值模拟方法主要可以分为两类：雷诺平均纳维斯托克斯方程（RANS）方法和大涡模拟（LES）方法。
RANS 方法通过对瞬时的纳维斯托克斯方程进行时间平均，得到平均流动的控制方程。
这种方法计算效率较高，但对于一些复杂的流动现象，如分离流、漩涡等，模拟精度可能不够高。
LES 方法则直接求解大尺度的涡，而对小尺度的涡进行模型化处理。
它能够更准确地捕捉流动中的细节，但计算成本较高，目前在工程应用中还受到一定的限制。
三、数值模拟在飞行器设计中的应用1、机翼设计机翼是飞行器产生升力的主要部件。
通过数值模拟，可以优化机翼的翼型、弯度、扭转等参数，以提高升力系数、减小阻力系数，从而改善飞行器的气动性能。
例如，在设计民用客机的机翼时，可以通过数值模拟分析不同翼型在不同飞行条件下的压力分布和流场结构，选择最优的翼型方案。
2、机身设计机身的外形对飞行器的阻力有很大影响。
通过数值模拟，可以优化机身的横截面形状、长度、头部和尾部的形状，以减小阻力。
航空器的气动性能优化与测试方法研究
航空器的气动性能优化与测试方法研究在现代航空领域，航空器的气动性能优化与测试方法是至关重要的研究课题。
气动性能的优劣直接影响着航空器的飞行效率、安全性以及经济性。
为了让航空器在天空中更加高效、稳定地飞行，科学家和工程师们不断探索和创新，致力于提升其气动性能，并开发出精确可靠的测试方法。
一、气动性能优化的重要性航空器在飞行过程中，需要克服空气阻力来保持前进。
良好的气动性能可以减少阻力，降低燃油消耗，提高飞行速度和航程。
同时，优化的气动设计还能增强航空器的稳定性和操控性，减少飞行中的颠簸和失速风险，保障乘客的安全与舒适。
例如，在民用客机领域，气动性能的提升意味着更低的运营成本和更少的碳排放。
对于军用飞机来说，优秀的气动性能可以使其在战斗中更加敏捷、灵活，具备更好的作战能力。
二、气动性能优化的途径1、外形设计优化航空器的外形对气动性能有着显著的影响。
通过采用流线型的机身、优化机翼的形状和翼型、合理设计发动机短舱和进气道等，可以有效地降低阻力，提高升力。
比如，现代客机的机翼通常采用超临界翼型，这种翼型能够在较高的飞行速度下保持较低的阻力。
而一些战斗机则采用了可调节的机翼形状，以适应不同的飞行任务和飞行状态。
2、表面处理航空器表面的粗糙度和光洁度也会影响气动性能。
采用先进的表面处理技术，如光滑的涂层、微小的表面纹理控制等，可以减少空气的摩擦阻力。
3、减阻技术引入各种减阻技术，如层流控制技术、涡流发生器等。
层流控制技术可以延长气流在航空器表面的层流区域，从而降低阻力。
涡流发生器则能够改善气流的流动状态，减少分离和漩涡的产生，提高升阻比。
三、气动性能测试方法1、风洞试验风洞试验是最常见也是最基础的气动性能测试方法。
将航空器模型放入风洞中，通过控制风洞中的气流速度和方向，测量模型受到的气动力和力矩。
风洞试验可以模拟不同的飞行条件和姿态，获取详细的气动数据。
但风洞试验也存在一定的局限性，如模型尺寸效应、风洞壁干扰等。
航空航天行业中的飞行器气动性能模拟研究
航空航天行业中的飞行器气动性能模拟研究随着航空航天技术的不断发展和进步，飞行器的气动性能模拟研究在航空航天行业中扮演着重要的角色。
通过模拟飞行器在不同飞行状态下的气动特性，可以对其飞行性能进行精确评估，从而对航空航天设计和工艺流程进行优化和改进。
本文将深入探讨航空航天行业中飞行器气动性能模拟研究的意义、方法和应用。
一、研究意义飞行器的气动性能模拟研究对于航空航天行业具有重要意义。
首先，通过模拟飞行器在不同飞行状态下的气动特性，可以评估飞行器的气动稳定性和控制能力。
这对于安全性能和操作性能的评估非常重要，可以帮助航空航天工程师改进设计和改善飞行控制系统。
其次，飞行器的气动性能模拟研究可以优化飞行器的设计和工艺流程。
通过模拟，可以预测不同设计参数对飞行器气动性能的影响，从而选择合适的设计方案。
同时，可以通过模拟预测不同工艺条件对飞行器气动特性的影响，以改善制造过程和降低成本。
最后，飞行器的气动性能模拟研究可以为航空航天行业的技术创新提供支持。
通过模拟技术，可以对新型飞行器设计方案进行验证和评估。
这有利于推动航空航天技术的发展和进步，推动航空航天行业向更高的水平发展。
二、研究方法飞行器的气动性能模拟研究主要依赖于计算流体力学（CFD）方法。
CFD方法基于纳维-斯托克斯方程和能量守恒方程，通过离散计算的方法模拟流体流动的物理过程。
对于飞行器气动性能研究而言，CFD方法可以通过计算飞行器周围流场的速度、压力和温度等参数，从而预测飞行器的气动特性。
在研究中，需要对飞行器进行几何建模，即将飞行器的外形细化成离散的网格。
然后，通过对网格进行离散化求解，得到飞行器周围流场的数值模拟结果。
根据数值模拟结果可以获得飞行器的气动力和气动状况，如升力、阻力、气动力矩等。
总的来说，飞行器气动性能模拟研究主要包括以下步骤：几何建模、网格划分、边界条件设定、数值模拟求解、结果分析和验证。
通过这些步骤，可以得到飞行器的气动性能模拟结果，并进行分析和评估。
飞行器的气动特性与性能优化方法研究
飞行器的气动特性与性能优化方法研究在人类探索天空和宇宙的征程中，飞行器的发展始终是关键的一环。
而飞行器的气动特性和性能优化方法则是决定其飞行表现和效率的重要因素。
深入研究飞行器的气动特性以及探索有效的性能优化方法，对于提高飞行器的安全性、经济性和实用性具有至关重要的意义。
一、飞行器的气动特性飞行器的气动特性主要包括升力、阻力、稳定性和操纵性等方面。
升力是使飞行器能够克服重力而升空的关键力量。
它的产生源于飞行器机翼上下表面的压力差。
当空气流过机翼时，由于机翼的特殊形状，上表面的气流速度较快，压力较低；下表面的气流速度较慢，压力较高，从而形成了向上的升力。
升力的大小与机翼的形状、面积、迎角以及飞行速度等因素密切相关。
阻力则是阻碍飞行器前进的力量。
它包括摩擦阻力、压差阻力和诱导阻力等。
摩擦阻力是由于空气与飞行器表面的摩擦产生的；压差阻力是由于飞行器前后的压力差引起的；诱导阻力则与产生升力的机制相关。
减小阻力是提高飞行器性能的重要途径之一。
稳定性是飞行器保持平衡和飞行姿态的能力。
纵向稳定性、横向稳定性和方向稳定性共同决定了飞行器在飞行中的稳定性表现。
如果飞行器的稳定性不足，就容易出现失控和危险情况。
操纵性则关系到飞行员对飞行器的控制能力。
良好的操纵性能够使飞行器迅速、准确地响应飞行员的指令，实现各种飞行动作。
二、影响飞行器气动特性的因素飞行器的外形设计是影响其气动特性的首要因素。
机翼的形状、机身的流线型程度、尾翼的布局等都会对气流的流动产生影响，从而改变升力、阻力等特性。
飞行速度也是一个重要的影响因素。
在不同的速度范围内，空气的流动特性会发生变化，导致飞行器的气动特性有所不同。
例如，在低速飞行时，升力的产生主要依赖于机翼的形状和迎角；而在高速飞行时，空气的压缩性开始变得显著，需要考虑更多复杂的因素。
大气环境同样不可忽视。
大气的温度、湿度、压力和密度等都会对飞行器的气动特性产生影响。
在高海拔地区，由于大气稀薄，飞行器的升力和发动机性能都会受到一定程度的削弱。
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粘性并 进行粘 性 优 化 分析 以来 ， 波体 的实 用 化 研 乘 究得 到 了广 泛 的关注 。乘 波布 局凭 借在 高超 声速 飞
行状 态 下具有 高 升 阻 比的优 势 ， 渐 成 为 近 空 间 高 逐
超声 速 飞行器 设 计 的备 选 构 型 之 一 ， 在 高 超 声 速 其
状 况下 的气 动性 能得 到 了较为广 泛 的研究 。一般 以 吸气式 超燃 冲压 发动机 为 动力 的高超 声速 飞行 器需 要加 速 到 Ｍ 大 于等 于 ４左 右 才 能 够 启 动 超 燃 冲压 发动 机提 供动力 进一 步 实 现 高 超 声速 巡 航 飞行 ， 为
ＤｏＩ： ０． ８ ／ ｉｓ １ ０ — ３ ８． ０ ０． １ ３ ７３ ．ｓｎ． ０ ０ １ ２ ２ １ ０５． ０ ０５
０ 引 言
没有像 高 超声 速状 况下 那样 深入 ； 比之 下 ， 内在 相 国 这方 面的 研 究 则 更 加 薄 弱 。彭 钧 在 博 士 论 文 中
乘 波布 局 是一 种 利 用 贴体 激 波 ， 高 压 气体 分 将
李 维 东 ，丁 海 河 ，王 发 民
（ 国科 学 院力 学 研 究 所 高温 气 湾 动 力 学 重 点 实 验 室 ，北 京 １０ ９ ） 中 ０ １０
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
摘
要 ：乘 波 飞行 器 在低 马 赫 数 飞 行 状 态 下 的 气 动 性 能 是 近 空 间 飞 行 器 设 计 和 研 究 人 员 关 心 的 问 题 之 一 。
了成 功 地 实 现 助 推 加 速 飞 行 ， 行 器 从 起 飞 到 Ｍ ＝４ 飞
基于 此 ， 文 以 Ｍ ＝３ 设 计 飞行 高度 Ｈ ＝１ 本 ， ５
ｋ ｍ为设 计点 ， 大 升 阻 比为优 化 目标 ， 通 过 满 足 最 并
一
定 的有 效载 荷 容 积 ， 动 热 防 护 和气 动 操 纵 的要 气
隔在飞 行 器 下 表 面 得 到 高 升 阻 比的 气 动 布 局 ， 自 １８ ９ ６年 Ｂｗ ｕ …在 乘 波 体 的 性 能 分 析 中 首 次 引 入 ｏｃｔ ｔ
将展 弦 比和机身 ， 翼 分化 形 态 的要 求 作 为 巡航 飞 机 行 器优 化 目标 函数 的组 成 部分 ， 现 了优 化 结 果 对 实 低 马赫 数下 性能 的兼 顾 ； 发 民 等 在 考 虑 到乘 波 王 “
１８ ２４
宇航 学 报
第 ３ １卷
动性 能 ， 暂冲 、 在 吹引式 风洞 中进行 了吹风实验 。模 型采用铝 合金 材 料制 造 ， 考 面 积 为水 平 投 影 面积 参
飞 行 阶 段 的气 动 性 能 与 前 缘 所 处 的气 动 状 态 密 切 相 关 。
关 键 词 ：乘 波 飞 行 器 ；升 阻 比 ；气 动 性 能 中 图分 类 号 ：Ｖ １ ． ２ １５ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ —３ ８ ２ １ ）５ １ ８ —６ ０ ０ １２ （ ０ ０ ０ ．２ ３０
附近 这个 速度 范 围内 的气 动性 能显 得 至关重 要 。 因
此 对 于 乘 波 飞 行 器 在 低 马 赫 数 飞 行 状 态 下 是 否 依 然
具有 良好 的气动 性 能也应 该是 乘波 飞行 器研 究 和设 计 人员 必须关 心 的 问题 之 一 。对 于 这 方 面 ， 国外 开 展过一 系列 研 究 Ｉ ， ９ 国外 的研 究 结 果 指 出乘 波 体
性 研 究 首 先对 以 Ｍ ＝３ 飞 行 高 度 为 １ ｍ为 设 计 点 ， ５ｋ 得 到的锥 导乘 波 体 ， 行 了 以最 大 升 阻 比 为优 化 目 进 标 的优 化 设 计 。其 次 为 了满 足 一 定 的有 效 载 荷 容
在低 马赫数 下 的气动 性能 主要取 决 于乘 波体 的展 弦 比和投 影面形 状 ， 当设 计 乘 波体 可 以在 低 马 赫数 适
下依然 获得 良好 的气 动性 能 。但 是 这方 面 的研究 远
收 稿 日期 ：０９１－９； 修 回 日期 ：０９１．７ ２０ —１ ０ ２０ ．２１
基 金 项 目 ： 家 自然 科 学 基 金 项 目 （０ ７ １ ６ 国 １７２ ８）
积 ， 动热 防护 和气 动操 纵 的工程 需求 ， 气 对得 到 的乘
第 ３ 卷第 ５ １ 期
２１ ０ ０年 ５月
宇 航 学 报
Ｊ ｕ ｌ ｆ ｔ ｎ ｕ ｉｓ ｏ ｍａ ｒ ａ ｔ ｏ Ａｓ ｏ ｃ
Ｖｏ ． １ Ｎｏ． １３ ５ Ｍａ ｖ ２ ０ ０１
乘 波 飞 行 器 低 马 赫 数 飞 行 状 态 下 的 气 动 性 能 研 究
本 文 以 Ｍ ：３设 计 飞行 高度 Ｈ＝１ ｍ 为设 计 点 ， 大 升 阻 比为 优 化 目标 ， 通 过 满 足 一 定 的 有 效 载 荷 容 积 ， 动 ， ５ｋ 最 并 气 热 防护 和 气 动 操 纵 的要 求 进 行 了工 程 化 设 计 后 得 到 的 锥 导 乘 波 体 为 研 究 对 象 ， 助 数 值 模 拟 和 风 洞 实 验 技 术 相 结 借 合 的研 究 手 段 对 乘 波 飞 行 器 在 跨 声 速 和超 声 速 飞 行 阶 段 的 气 动 性 能 进 行 了探 讨 。研 究 结 果 表 明 ， 波 飞 行 器 在 该 乘
求进 行 了工 程 化 设 计 得 到 的锥 导 乘 波 体 为 研 究 对 象 ， 助数 值模 拟 和 风 洞实 验 技 术 对 乘 波 飞 行器 在 借 跨 声速 和 超声 速 飞行 阶段 的气动 性 能进行 探讨 。
１ 乘 波 飞 行 器 在 低 马 赫 数 速 飞 行 状 况 下 的 气 动 特