出品：科普中国

作者：高太元

策划：金赫

监制：光明网科普事业部

为什么世界上可见的高超声速飞行器都是扁平的？

图为：乘波体示意图

高超声速飞行器是指飞行速度超过5倍当地音速的飞行器。通过目前一些公开资料或概念图可以发现，这类飞行器外形扁平，与长久以来人们对于火箭、导弹或飞机那种相对饱满、匀称、流线型外形的认识，有较大差别。之所以目前世界上可见的高超声速飞行器都是扁平的，在于这种设计方式经过科学验证，对于提高飞行器在高超声速环境下的效能，发挥了巨大的作用。增升减阻设计是高超声速飞行器气动布局优化的主要目标之一。一方面使飞行器获得较大的升质比，提高滑翔高度，降低表面热环境，减轻防热压力，减轻防热重量；另一方面获得较大的升阻比，增大滑翔距离与射程。

区别于亚声速飞行器阻力诱导机制，高超声速飞行器除摩擦阻力外，激波、马赫波存在造成能量损耗、飞行器底部膨胀波、激波、喷管喷流之间复杂的流场结构，使激波波阻、飞行器底阻成为高超声速飞行器阻力的重要组成部分。在满足装填需求条件下，高超声速飞行器纵向尺度要小，以减小头激波、前缘激波产生的激波波阻。

另一方面，高超声速飞行器往往采用翼身组合体/融合体、升力体和类乘波体气动布局进一步提高升力特性，这类气动布局的共同点是飞行器存在较大的升力面。因此，高超声速飞行器往往都是高升力、低阻力的“扁平”布局。

综上所述，目前高超声速飞行器采用了相似的设计理念，在外形方面趋于一致。

高太元，北京机电工程总体设计部，高级工程师，工学博士，主要研究领域为流体力学、空气动力学。

责任编辑：侯博