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出品：科普中國
作者：高太元
策劃：金赫
監(jiān)制：光明網(wǎng)科普事業(yè)部
為什么世界上可見的高超聲速飛行器都是扁平的？
圖為：乘波體示意圖
高超聲速飛行器是指飛行速度超過5倍當(dāng)?shù)匾羲俚娘w行器。通過目前一些公開資料或概念圖可以發(fā)現(xiàn)，這類飛行器外形扁平，與長久以來人們對(duì)于火箭、導(dǎo)彈或飛機(jī)那種相對(duì)飽滿、勻稱、流線型外形的認(rèn)識(shí)，有較大差別。之所以目前世界上可見的高超聲速飛行器都是扁平的，在于這種設(shè)計(jì)方式經(jīng)過科學(xué)驗(yàn)證，對(duì)于提高飛行器在高超聲速環(huán)境下的效能，發(fā)揮了巨大的作用。增升減阻設(shè)計(jì)是高超聲速飛行器氣動(dòng)布局優(yōu)化的主要目標(biāo)之一。一方面使飛行器獲得較大的升質(zhì)比，提高滑翔高度，降低表面熱環(huán)境，減輕防熱壓力，減輕防熱重量；另一方面獲得較大的升阻比，增大滑翔距離與射程。
區(qū)別于亞聲速飛行器阻力誘導(dǎo)機(jī)制，高超聲速飛行器除摩擦阻力外，激波、馬赫波存在造成能量損耗、飛行器底部膨脹波、激波、噴管噴流之間復(fù)雜的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，使激波波阻、飛行器底阻成為高超聲速飛行器阻力的重要組成部分。在滿足裝填需求條件下，高超聲速飛行器縱向尺度要小，以減小頭激波、前緣激波產(chǎn)生的激波波阻。
另一方面，高超聲速飛行器往往采用翼身組合體/融合體、升力體和類乘波體氣動(dòng)布局進(jìn)一步提高升力特性，這類氣動(dòng)布局的共同點(diǎn)是飛行器存在較大的升力面。因此，高超聲速飛行器往往都是高升力、低阻力的“扁平”布局。
綜上所述，目前高超聲速飛行器采用了相似的設(shè)計(jì)理念，在外形方面趨于一致。
高太元，北京機(jī)電工程總體設(shè)計(jì)部，高級(jí)工程師，工學(xué)博士，主要研究領(lǐng)域?yàn)榱黧w力學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)。
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