本篇文章給大家談談高超音速飛行器,以及高超音速飛行器高度對應的知識點，希望對各位有所幫助，不要忘了收藏本站！
以超燃衝壓發動機為動力的高超聲速飛行器研製麵臨一係列技術上的難題.美國(包括俄羅斯等國家)為此付出了近半個世紀的艱苦努力,製定了多個不斷變化的發展計劃,幾經起伏,最終探索出一條比較實際的、循序發展的道路。發展高科技工程必須要有基礎研究的積累,在關鍵技術問題上取得突破,否則,可能導致失敗的後果。
當前應當抓緊進行的主要研究和關鍵技術攻關工作包括:
(1) 高溫氣體動力學
高溫真實氣體效應是高超聲速飛行器研製中必須考慮的一個重要問題. 對於高溫氣體非平衡流動問題, 已進行了大量的研究. 對高溫氣流中化學反應速率的知識不足, 特別是在振動自由度激發、分子離解、表麵化學反應等各種因素耦合在一起的情況下, 更是知之甚少. 目前存在的主要問題是: 高溫氣體熱力學特性和化學反應速率常數以及化學反應模型的選取, 還有一定的不確定性，這將導致頭部激波脫體距離、物麵邊界層速度剖麵、密度剖麵和物麵熱流等重要參數預示上的偏差.
(2) 超燃基礎和新概念推進研究
在能夠促使吸氣式高超音速飛行實現的各種關鍵技術中, 推進技術占據首要的位置. 對於超燃衝壓發動機的研製來說, 存在著許多具有挑戰性的技術難題, 包括: 在整個寬廣的運行速度範圍內(特別是在馬赫數超過8 的情況下) 超燃衝壓發動機內部流動, 燃燒穩定性與過程優化, 地麵試驗和精細流場診斷、飛行試驗以及數字模擬技術;質量輕、耐高溫的發動機材料和有效的熱管理技術; 研究新的發動機技術, 以及驗證飛行速度大於馬赫數8 情況下的發動機性能; 研究發動機/飛行器一體化設計方法(包括進氣道/發動機/ 尾噴管組合; 綜合氣動力與防熱一體化; 高升阻比與操穩特性的協調; 氣動特性與結構完整性設計; 氣動外形與有效載荷容積要求; 多學科多目標(multidis-ciplinary design optimization, MDO) 總體優化等. ),實現可實際運行的、具有高性能的一體化設計的飛行器方案; 如何從低速推進模式轉變成高速推進模式的問題, 特別是在采用可變幾何形狀的發動機的情況下, 如何實現工況轉換的問題.
(3) 新型防熱、隔熱原理、材料與結構
現有飛行器熱防護係統大都是針對戰略彈頭的, 特點是: 簡單外形、短時間、很高的加熱率.采用的主要辦法是燒蝕熱防護．新一代空天飛行器熱防護問題具有不同的特點: 複雜的升力體外形、中低熱流和長時間加熱. 為了獲得良好的氣動特性, 一般需采用保持飛行器外形不變的非燒蝕熱防護技術, 還要解決長時間持續飛行的內部隔熱問題. 已經建立的宏觀熱防護理論已不能滿足要求, 要發展新的熱流預示方法; 非燒蝕熱防護技術; 防熱結構的一體化設計技術; 結構在力／熱綜合作用下的動態響應特性和破壞機製等. 各種防熱、隔熱原理, 包括: 被動式(熱沉、隔熱、表麵輻射)、半被動式(熱管傳導+ 輻射) 和主動式(發汗、冷卻膜、冷氣流對流), 都是值得深入探討的問題.
在發動機防熱材料技術方麵焦點集中在: 采用主動式冷卻方式的燃燒室壁板材料, 以及超低溫推進劑貯箱的材料. 需要更加堅固耐用的被動式冷卻的或者主動式冷卻的(即需要使用冷卻劑進行冷卻的) 熱防護係統; 燃燒室部分必須采用主動式冷卻方式. 雖然到目前為止已經對許多種不同的熱防護係統的候選設計方案進行了廣泛的試驗研究, 但是還沒有找到一個可以完全滿足多種運行要求的解決辦法.
(4) 變參數、快速響應、強魯棒性、高效控製係統設計
近空間飛行器為了追求高的升阻比和優異的機動性能, 一般外形都比較複雜, 飛行過程中速度和空域變化範圍也很大. 飛行器在不同速度下, 自身的氣動特性(升阻比、穩定性和操縱性) 也會發生很大變化, 這就為飛行控製增加了新的困難. 高機動性要求快速響應的控製係統和大的控製力作用, 以產生大過載.
複合控製係統涉及大量的關鍵技術問題, 如:複合控製係統工作模式優化設計與仿真建模, 控製發動機點火邏輯與控製周期的設計, 側向噴流直接力作用和噴流與主流場的氣動幹擾效應建模與分析計算, 控製係統工作頻率與舵係統帶寬與彈性彈體頻率的匹配, 複合控製係統的風洞與地麵模擬試驗等.
(5) 高超聲速飛行器的空氣彈性問題
現代高超聲速飛行器有著比較寬闊的飛行包線, 飛行高度和Ma 數的變化範圍很大, 為了增加機動航程, 多采取複雜的高升阻比構形. 由於對結構重量有著嚴格的限製, 因此大量使用超輕質、高強韌材料, 使機/彈體柔性程度加大. 高速飛行時氣動加熱現象非常突出, 控製係統的作用也日益重要, 這些因素所造成的高超聲速空氣彈性問題與傳統的亞、跨、超聲速相比, 不管是在研究、試驗或理論計算分析方法上都有很大不同. \空氣/伺服/熱彈性" 耦合因素變得非常顯著, 高超聲速空氣彈性成為不可忽略的重要研究課題, 相關技術尚未成熟.
(6) 多學科設計優化
高超音速飛行器必將是由幾個高度一體化設計的係統組成的, 需要進行多學科設計優化處理,以便獲得能夠滿足所有設計約束條件的、堅實可靠的飛行器設計方案. 飛行器的形狀將決定飛行器下列的諸多特性: 飛行器的結構形式; 與機身一體化設計的熱防護係統的類型和其所用的材料;飛行控製係統; 飛行力學特性和飛行軌跡等. 反過來, 飛行器的飛行軌跡又會決定飛行器所受到的氣動加熱、載荷, 影響到飛行器的氣動彈性力學特性、飛行器的性能和飛行器的重量. 氣動和隱身也是相互交叉耦合的. 為了進行多學科設計優化所必不可少的幾種能力, 目前還都處於不成熟的狀態.
(7) 智能變形飛行器技術
近空間飛行器從地麵或運載平台上起飛, 穿越大氣層飛行, 執行各種任務使命, 其飛行環境(高度、飛行馬赫數等) 變化很大; 固定外形的飛行器很難適應如此廣泛的環境參數變化, 始終保持優良的使用性能. 因此要采用智能變形飛行器技術(morphing aircraft technology, MAT). 隨著空氣動力、智能材料和控製技術的發展, 這種設想正逐步變成現實.
智能變形包括兩層含義: 對變形進行智能控製和以智能材料與結構為基礎實現變形. 需要重點解決的關鍵技術問題有: 可變形飛行器氣動性能預測和氣動布局研究, 可變形飛行器總體與設計優化, 變形過程及變形前後的飛行穩定性與操縱特性, 可變形飛行器的飛行控製技術, 智能材料與結構的應用技術.
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