跨流域高速飞行器气动设计研究现状及思考

朱广生,段毅,姚世勇,等

朱广生(1963-)，男，中国工程院院士，主要从事飞行器总体与气动设计等方面的研究。

(资料图片仅供参考)

朱广生, 段毅, 姚世勇, 刘元春, 李昊歌.跨流域高速飞行器气动设计研究现状及思考[J]. 宇航学报, 2023, 44(3): 358-367.

ZHU Guangsheng, DUAN Yi, YAO Shiyong, LIU Yuanchun, LI Haoge.Research Status and Consideration on Aerodynamic Design of Hypersonic Flight Vehicle Covering Various Flow Regimes[J].Journal of Astronautics, 2023, 44(3): 358-367.

DOI:10.3873/j.issn.1000-1328.2023.03.005

面向未来长距离、高精度的高速飞行器设计技术应用需求，更泛空域、更宽速域的跨流域飞行已成为高速飞行器未来发展的重要趋势，也是国际相关领域的研究热点。

跨流域飞行器在飞行过程中将经历不同的流动区域，涉及稀薄、过渡、连续等多个流态，经历化学平衡、热化学电离辐射非平衡、边界层转捩等跨尺度多物理场复杂流动过程，对飞行器的气动设计提出更高的要求，主要表现在以下几点：1）飞行空域和速域变化范围大，气动布局设计难以兼顾不同飞行剖面的控制、结构和热防护需求，设计空间较窄；2）流动状态复杂且变化剧烈，鉴于当前在该方面空气动力学理论的认知局限性，以非平衡效应主导的多物理场耦合的高精度气动预示难度较大；3）地面试验能力有限，尚不能完全模拟复杂的飞行环境。

本文从气动布局设计、气动预示和气动布局优化三方面介绍了目前跨流域高速飞行器气动设计的研究现状。针对未来跨流域高速飞行器在更泛空域、更宽速域多物理场复杂流动环境下的精细化气动布局设计需求，提出了工程实际中亟需解决的问题，明确了后续工程实际中的关注方向。气动设计更应聚焦工程应用中发现的主要问题，开展针对性的关键难题集中攻关，持续完善跨流域空气动力学理论；同时，利用先进的数值模拟方法，结合地面试验技术验证，不断推动气动设计的高水平自主创新。

高速飞行器面临的各种典型流动现象

来源/宇航学报编辑部

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