高超声速滑翔式飞行器目标覆盖范围的计算方法
有关近空间高超声速飞行器边界层转捩和湍流的两个问题

有关近空间高超声速飞行器边界层转捩和湍流的两个问题周恒;张涵信【摘要】和一般的飞行器一样,在近空间飞行器的研制中,其边界层的转捩和湍流也是需要考虑的两个重要问题.但即使是对一般的飞行器,"转捩"和"湍流"也还是两个历经百年而仍未很好解决的问题,而对近空间飞行器来说,空气动力学本身就还存在若干新的需要研究解决的基础问题,边界层的转捩和湍流就更是没有很好解决的问题.本文讨论了两个问题;1) 为增强对高超声速飞行器边界层转捩预测的能力,需要开展哪些方面的研究工作及其困难;2) 是否有可能当飞行器飞行高度足够大时,其边界层就不会再有湍流问题?%For the research and development of near space flying vehicles, also as the same for conventional flying vehiclessuch as airplanes, the problems of transition and turbulence of the boundary layers are two important issues must be taken into consideration.However, even for conventional flying vehicles, these two problems are still not fully resolved, even though the investigations have been lasted for more than 100 years already.For near space flying vehicles, not only the related aerodynamics has its own unsolved fundamental scientific problems, let along the problems of transition and turbulence.In this paper, two related problems are focused on: 1) In order to enhance our capability of predicting the transition of the boundary layer of a hypersonic flying vehicle, what kinds of research work should we do and what difficulties we might face? 2) Would it be possible that there would be no problem of turbulence for its boundary layer if the attitude of the flying vehicle is sufficiently high?【期刊名称】《空气动力学学报》【年(卷),期】2017(035)002【总页数】5页(P151-155)【关键词】近空间飞行器;转捩;湍流;预测能力【作者】周恒;张涵信【作者单位】天津大学力学系, 天津 300072;中国空气动力研究与发展中心国家计算流体力学实验室, 北京 100191【正文语种】中文【中图分类】V211.3转捩问题历经百年的研究,在低速流方面已经有了不小的进展。
临近空间高超声速飞行器跟踪技术

Tr c c o o y o y r o i r r f n Ne r S c a k Te hn l g f H pe s n c Ai c a t i a pa e
GUAN X n,Z i HA0 Jn ig,HE Yo u
(ntueo fr ai ui eh o g , ayA i i nier gA ae y Y n i 60 1 C ia Istt fnom t nF s nT cn l y N v vao E g ei cdm , at 40 , h ) i I o o o tn n n a2 n
第3 2卷
第 8期
四 川 兵 工 学 报
21 0 1年 8月
【 武器装备】
临近 空 间高超 声 速 飞行 器 跟 踪 技 术
关 欣, 赵 静, 何 友
24 0 ) 6 0 1 ( 军 航 空 工 程 学 院 信 息 融合 技 术 研 究 所 , 东 烟 台 海 山
摘要 : 介绍 了临近空 间及 临近空 间飞行器 的特点 , 分析 了临近空 间高超声 速飞行器 的运动特性 , 出 了关 于临近空 提
临 近 空 间 飞 行 器 是 指 工 作 于 临 近 空 间 并 利 用 临 近 空
间独有 资源和特点来 执行一 定任 务的一类 飞行器 。临近空
间飞行器的划分方法有很 多种 , 这里按照 飞行 的速度可 以分 为高速和低速临近 空间飞行 器。低 马赫数 的飞行器 主要用 于情报收集 、 侦察监视 、 信保障 , 通 如升力式 、 浮力 式 、 浮一 升
的平 均功率在数千瓦 的量级 。根据 微波 电真空器件 的水平 , 雷达发射 机的功率至少还可 以提 高一个数量 级 , 国外对情报 雷达 的功率 已达数 十 千瓦 。二是 增 大天 线有 效 孔 径 面积 。 从理论角度考 虑 , 增大 天线 孔径 , 波束变 窄 , 而增加搜索 则 进
超高声速飞行器

超高声速飞行器摘要:高超声速飞行器一般是指飞行速度超过5倍音速的飞机、导弹、炮弹之类的有翼或无翼飞行器,具有较高的突防成功率和侦查效能,能大大扩展战场空间。
高超声速飞行器潜在的巨大军事和经济价值使得当前世界各军事大国纷纷投巨资到该领域,成为21世纪世界航空航天事业发展的一个主要方向。
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,对高超声速飞行器未来的发展奠定了基础。
关键字:超高声速、飞行器、推进技术。
一、飞行器的发展历程人类向往飞行的理想几乎伴随这整个人类的历史。
最初,人们受到鸟类的启发而使用人造翅膀,但是发现这并不现实。
人类的身体对于人造翅膀而言过于的沉重。
并且在探索的早期人类并不了解鸟类飞行的空气动力学原理。
经过一系列的探索,到了18世纪后期,人类发明了热气球。
1783年热气球首次载人升空。
随后出现了飞艇。
相比于热气球,带有推进装置、载重更大的飞艇更具实用性。
飞艇的出现并未宣告飞行器的发展并未就此停歇。
人类还是研制机动性更好的飞行器。
1903年,由莱特兄弟制造的人类第一架飞机——飞行者1号,并成功升空。
莱特兄弟总共制造了三架“飞行者”号飞机。
“飞行者”三号是其中最成功的一架,其飞行成绩为38分钟飞行38.6km。
“飞行者”三号飞机的成功宣布飞机终于具有了实用性。
至此人类迎来的飞机时代。
自飞行者之后活塞式螺旋桨飞机得到了极大的发展,飞行时速不断地提高。
但是螺旋桨式飞机存在着速度上限。
当螺旋桨尖端线速度接近声速时,空气会被极具压缩,而这部分压缩空气来不及散开,在桨端形成一个巨大的阻力,称为激波阻力。
此时桨端的空气将粘滞在桨叶表面,使螺旋桨的效率降低。
这便是螺旋桨飞机不能飞得更快的原因。
为了克服螺旋桨飞机的这一速度上限,人们研制了喷气发动机。
喷气发动机构造不同于活塞式螺旋桨,因此飞机可以飞得更快。
随着发动机性能的提升以及飞行器气动外形的升级,飞机的速度已经能达到2马赫。
高超声速飞行器技术发展现状与前景展望

高超声速飞行器技术发展现状与前景展望高超声速飞行器是一种在大气层内飞行时速超过5马赫的飞行器,具有较快的飞行速度和高能效特性。
目前世界各国都在积极发展和探索高超声速飞行器技术,本文将对其发展现状进行概述,并展望其未来的发展前景。
现状:高超声速飞行器技术的发展可以追溯到上世纪50年代初期,美国、俄罗斯和中国等国家一直处于该领域的前沿。
然而,由于高超声速飞行器的飞行环境极其恶劣,技术难题众多,直到近年来才取得了一定的突破。
在美国,美国国防高级研究计划局(DARPA)推动了高超声速飞行器技术的发展。
经过多轮研发,美国成功开发出了X-51“威锋”飞行器,该飞行器成功进行了多次高超声速飞行试验,速度超过5马赫,并且能够长时间保持高超声速飞行状态。
此外,美国计划在未来几年内继续研发高超声速飞行器,并将其应用于军事和民用领域。
俄罗斯也是高超声速飞行器技术的领军国家之一。
俄罗斯成功开发出了“领航者”(Avangard)高超声速滑翔器,该滑翔器配备了核导弹,在飞行过程中可以绕过现有的导弹防御系统。
此外,俄罗斯还在积极研发高超声速巡航导弹等武器装备。
中国也在高超声速飞行器领域取得了令人瞩目的成就。
中国成功研制出了“神舟”系列高超声速飞行器,该飞行器能够在大气层内飞行时速超过10马赫,并且能够携带多种有效载荷。
此外,中国还计划在未来引入高超声速运载火箭,实现载人航天进入高超声速时代。
前景:高超声速飞行器技术的发展具有广阔的应用前景。
首先,在军事领域,高超声速飞行器可以有效提升军事打击能力,实现迅速、准确的打击敌方目标。
其次,在民用领域,高超声速飞行器可以用于长途旅行和货物运输,大大缩短飞行时间,提高效率。
然而,高超声速飞行器技术仍然面临着一些挑战和难题。
首先,高超声速飞行器的设计和制造过程极其复杂,需要克服高温、高压、高速等恶劣环境带来的问题。
其次,高超声速飞行器的飞行稳定性和控制难度较大,需要进一步研究和优化飞行控制技术。
超燃冲压发动机技术

• 1.它可以利用大气中的氧气做为氧化剂,所以冲压发动机在 高超声速飞行时,经济性能显著优于涡喷发动机和火箭发动 机;发动机内部没有转动部件,结构简单,质量小,成本低 ,推重比高。
• 2.冲压发动机也有某些缺点:不能自身起动,需要助推器加 速到一定速度才可工作,但这个缺点并不突出;对飞行状态 的改变较敏感,当在宽马赫数范围内飞行时,要对进气道进 行调节,这样使得进气道结构复杂。
(5)波系配置难 进气道预压缩段与进气道入口段存在较为 复杂的激波誉膨胀波系,激波与边界层发生干扰之后,还会 在流场中产生更为复杂的波系结构,因此对波系进行合理配 置存在较大困难
• 过程H--2为绝热压缩, 在进气道中实现; 2--3 为等压加热, 在燃烧室中进行; 3--4 为绝热膨胀, 在尾喷管中完成; 4-H 为工质在大气中冷却的过程. 在实际工作工程中, 由于存 在多种因素导致的流动与热量损失, 冲压发动机的实际工作 效率会低于布莱顿循环的效率.
理想的冲压发动机的工作循环示意图
超燃冲压发动机技术
超燃冲压发动机技术
高超声速飞行器是指以吸气式及其组合式发动机
为动力, 在大气层内或跨大气层以Ma5 以上的速
度远程巡航飞行的飞行器. 高超声速飞行器主要
在临近空间, 以Ma6 » Ma15 的高速度巡航飞行,
其巡航飞行速度、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.
革命性的动力系统
• 首先, 由于巡航飞行马赫数远远高于传统战斗机, 现有的 吸气式发动机已不再适用. 当马赫数高于3 时由于进气道 激波产生的压缩已经很强, 不再需要压气机,而应当采用 冲压发动机; 而当马赫数达到6 左右时, 气流的总温已达 1500K以上, 传统的亚声速燃烧冲压发动机效率大大降低; 而如果保持进入发动机的气流为超声速, 在超声速气流中 组织燃烧, 发动机仍能有效地工作, 这就是超声速燃烧冲 压发动机(scramjet-supersonic combustion ramjet, SS CR). 超燃冲压发动机在Ma6 以上的性能远高于亚燃冲压 发动机, 它能工作到Ma12 » Ma15 左右
超燃冲压发动机技术

推进技术本文2002206216收到,作者系中国航天科工集团三院31所高级工程师———超燃冲压发动机技术———刘小勇 摘 要 超燃冲压发动机是研究对应飞行马赫数大于6、以超声速燃烧为核心的冲压发动机技术。
它的应用背景是高超声速巡航导弹、高超声速飞机和空天飞机等。
半个世纪以来,它的研究受到了美、俄、法等国的重视。
目前,超燃冲压发动机技术已经开始进行飞行演示验证。
21世纪,超燃冲压发动机技术必将得到较快发展和实际应用,必定会对未来的军事、政治、经济等产生深远影响。
主题词 冲压发动机 超声速燃烧 超燃冲压发动机 高超声速飞行器概述冲压发动机(ramjet )属于吸气式喷气发动机类,由进气道、燃烧室和尾喷管构成,没有压气机和涡轮等旋转部件,高速迎面气流经进气道减速增压,直接进入燃烧室与燃料混合燃烧,产生高温燃气经尾喷管膨胀加速后排出,从而产生推力。
它结构简单,造价低、易维护,超声速飞行时性能好,特别适宜在大气层或跨大气层中长时间超声速或高超声速动力续航飞行。
当冲压发动机燃烧室入口气流速度为亚声速时,燃烧主要在亚声速气流中进行,这类发动机称为亚燃冲压发动机,目前得到广泛应用;当冲压发动机燃烧室入口气流速度为超声速时,燃烧在超声速气流中开始进行,这类发动机称为超燃冲压发动机,目前得到了广泛研究。
亚燃冲压发动机一般应用于飞行马赫数低于6的飞行器,如超声速导弹和高空侦察机。
超燃冲压发动机一般应用于飞行马赫数高于6的飞行器,如高超声速巡航导弹、高超声速飞机和空天飞机。
超燃冲压发动机通常又可分为双模态冲压发动机(dual modle ramjet )和双燃烧室冲压发动机(dual combustor ramjet )。
双模态冲压发动机是指发动机根据不同的来流速度,其燃烧室分别工作于亚声速燃烧状态、超声速燃烧状态或超声速燃烧/亚声速燃烧/超声速燃烧状态。
对于这种发动机如果其几何固定,通常能够跨4个飞行马赫数工作,目前研究较多的是M ∞=3(4)~7(8)的双模态冲压发动机;双模态冲压发动机如果几何可调,则能够在更宽的马赫数范围内工作,如M ∞=2~12。
乘波构型优化设计与实验
国 防 科 技 大 学 学 报
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乘 波构 型 优 化设 计 与 实验
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e p r n e ut ej c mp rd w t o e o F x i t s l w r e me r s eo ae i t s f D.I s o st a e mo e a o d U D p r r n e a d c l manan hg / t h h C t h w t h d lh s g o f ma c n a iti ih L D a h t e o l 【 c r i ge o t c S so .T e C D e ut d e p fn m s t ae amo ti e t a .T e rs a c e ut i b lflf rt e et n a l at k’ c p a n f a e h F rs l a x i e r u s r l s d ni 1 h e e rh rs l s e p u o sn e l e l c h h p r n c d i rf’ e o y a c d s n. y e s i e a c at sa rd n mi ei o r g Ke r s w v r e o f u a o ; p" y wo d : a ei rc n g r t n o t  ̄ d i i m d s n C D; i d tn e x ei n ei ; F wn n l p r g u e me t
【国家自然科学基金】_高超声速巡航飞行器_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140802
推荐指数 4 3 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2010年 序号 1 2 3 4
科研热词 预测校正算法 单纯形算法 临近空间飞行器 中制导
推荐指数 1 1 1 1
2011年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32
2012年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
科研热词 高超声速飞行器 飞行器控制、导航技术 鲁棒性 高超声速 高温热环境 飞行控制 近空间高超声速飞行器 航程 红外辐射 热试验技术 热模态 热振动 气动热 惯性导航 弹道 地面试验 吸气式高超声速飞行器 动态滑模 内收缩进气道 优化 乘波体 一体化设计 simulink
推荐指数 3 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2013年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
科研热词 高超声速飞行器 高超声速巡航飞行器 高超声速 遗传算法 超燃冲压发动机 计算流体力学 特性分析 热环境 热屈曲临界温度 气动布局优化 机体容积 数值模拟 拦截 巡航控制 尾喷管 实验研究 壁板结构 固有振型 固有振动频率 升阻比 几何调节 再入控制 俯仰力矩差 乘波体
推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2014年 序号 1 2 3 4 5
类AHW助推滑翔飞行器提升气动性能的布局探索
第37卷 第4期 2022年12月 西 南 科 技 大 学 学 报 JournalofSouthwestUniversityofScienceandTechnology Vol.37No.4 Dec.2022DOI:10.20036/j.cnki.1671 8755.2022.04.009收稿日期:2022-01-04;修回日期:2022-03-17作者简介:第一作者,梁海龙(1997—),男,硕士研究生,E mail:lianghailong@mails.swust.edu.cn;通信作者,唐伟(1967—),男,研究员,研究方向为航天飞行器气动布局设计优化,E mail:tangwei@swust.edu.cn类AHW助推滑翔飞行器提升气动性能的布局探索梁海龙1 朱目成1 唐 伟2(1.西南科技大学制造科学与工程学院 四川绵阳 621010;2.西南科技大学环境友好能源材料国家重点实验室 四川绵阳 621010)摘要:探讨了非圆截面弹身布局先进高超声速武器(AHW)的气动特性。
以类AHW双锥十字小尺寸弹翼布局为研究对象,基于贝塞尔曲线方法建立飞行器外形,利用多目标遗传算法优化分析飞行器弹体布局,在此基础上对飞行器圆截面弹身布局和非圆截面弹身布局进行升阻比及压心分析;考虑总体和防热的需求,对不同截面飞行器控制舵的类型、尺寸匹配和弹体质心位置选择以及操纵面的效率进行对比分析。
研究表明,类AHW非圆截面弹身布局可以实现较高的配平升阻比,合理的质心位置和舵面尺寸组合能够实现比圆截面布局更好的操纵需求。
关键词:先进高超声速武器 非圆截面弹体 气动布局 滑翔飞行器中图分类号:V211.3 文献标志码:A 文章编号:1671-8755(2022)04-0056-07AnExplorationtotheDesignofImprovingAerodynamicPerformanceofAHWAnalogBoostGlidingVehicleLIANGhailong1,ZHUMucheng1,TANGWei2(1.SchoolofManufacturingScienceandEngineering,SouthwestUniversityofScienceandTechnology,Mianyang621010,Sichuan,China;2.StateKeyLaboratoryofEnvironment friendlyEnergyMaterials,SouthwestUniversityofScienceandTechnology,Mianyang621010,Sichuan,China)Abstract:Theaerodynamiccharacteristicsofadvancedhypersonicweapon(AHW)withnon circularsectionbodydesignwasexplored.TheaerodynamicsconfigurationoptimizationaboutbiconicbodywithcruciformsmallsizeflapsforAHWanalogboostglidingvehiclewasstudied,andtheaircraftshapewasestablishedbasedonbeziercurvemethod.Amulti objectivegeneticalgorithmwasusedtooptimizeandanalyzethedesignofaircraftprojectile.Onthisbasis,lift dragratioandpressurecenterofthecircularsectionandnon circularsectionofaircraftprojectilewereanalyzed.Consideringtheoverallandthermalprotectionrequirements,thetypes,sizematching,thelocationselectionofthecenterofmassoftheprojectileandtheefficiencyofthecontrolsurfaceofaircraftwithdifferentcrosssectionswerecomparedandanalyzed.TheresearchshowsthatAHWanalogboostglidingvehicledesignedwithnon circularcross sectionmissilecanachievehighertrimlift dragratio,andreasonablecombinationofcentroidpositionandruddersizecanachievebettercontrolrequirementsthancircularcross sectiondesign.Keywords:AHW;Non circularcrosssectionbody;Aerodynamicdesign;Boostglidingvehicle 高超声速滑翔式飞行器因具有突防能力强、快速打击和隐蔽性强等特点,备受世界各航天大国关注。
美国空军X51坠毁不会动摇美军全球快速打击决心
美国空军X51坠毁不会动摇美军全球快速打击决心原文配图:美国B-52轰炸机挂载高超音速飞行器“乘波者”飞行。
该飞机使用洛克达因公司的SJY61冲压式喷气发动机,能加速到大约6马赫。
8月15日,美国空军发表声明,高超音速飞行器X-51A“乘波者”在8月14日的第三次试飞中失败。
当天的试验中,X-51A在1.5万米高空中从一架B-52轰炸机翼下分离,助推火箭顺利点火,但飞行16秒后,飞行器上一个平衡尾翼出现问题,导致其搭载的超音速冲压发动机无法成功点火,飞行器很快失去控制,坠入太平洋。
美国空军原本希望这次X-51A可以加速到6倍音速,冲上2.1万米的高空,持续飞行300秒,没想到技术要求相对并不高的平衡尾翼出了问题,继去年的第二次试验夭折后,“乘波者”第三次试飞再次失利。
但是,X-51A试飞的失败并不意味着美军的“全球快速打击计划”会停步,原因在于,快速打击武器未来将成为美军后核武器时代的战略杀手,其地位不可撼动。
全球快速打击武器正在成为美军新的非核战略威慑手段奥巴马上台后,一方面提出建立“无核武器世界”,推动核武器削减,同时加快发展“全球快速打击计划”,力求具备1小时内用常规武器对全球任何目标实施打击的能力。
因此,全球快速打击武器正在成为美军新的非核战略威慑手段,在美军未来武器装备体系发展中具有举足轻重的地位。
它不仅具有战略威慑性,而且具有实战灵活性,使美国有可能在国家安全战略中减少对核武器的依赖。
美国首次提出“全球快速打击”的概念是在2002年发布的《核态势审议报告》中,报告表示要改变战略力量的构成,增加非核打击力量作为战略核力量的补充,并与之一起构成战略威慑力量。
而“全球快速打击”的概念、能力的明确与细化是在2008年。
当年10月,在美国国家科学院国家研究委员会《美国常规快速全球打击:2008年及以后的问题》报告中,“常规”被定义为非核,“快速”被定义为在发射后1小时内实现打击,而“全球打击”则指“以数米的精度打击世界上任意目标”。