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  • 新型高超声速飞行器:想让人类飞得更远
       不久前,马斯克的樱桃红跑车随着一声巨响,进入了太空。数小时后,马斯克推文告诉公众,“搭载特斯拉跑车的火箭飞过了预定目标,正在飞向火星和木星之间的一个小行星带。跑车有可能与小行星相撞损毁,也可能继续在太空游荡。”不论怎样,超级火箭的成功发射与回收表明,马斯克已捷足先登。  面对神一般的天才,long8科研人员只会望车兴叹吗? 显然不会。  中科院力学所崔凯团队在马斯克的火箭发射前两周,提出了一种新型高超声速飞行器布局。论文以封面文章的形式刊登于《long8科学:物理学力学天文学》期刊。这种飞行器看上去与马斯克的火箭有诸多差异,但目的有很多共同之处。两者都希望把某一地点的人类或物质,高速运送到另一地点。  马斯克的跑车借助火箭升入太空,崔凯团队提出的飞行器布局则针对高超声速飞机。用专业语言表述,其优点是“可同时满足高升阻比、高升力系数和高容积率的‘三高’需求,为未来高超声速飞机的设计开辟了一条新途径”。高升阻比可以保证其航程,高升力可使其在高海拔巡航飞行条件下保持升重平衡,高容积率则可满足载客/载货的实际需要。  崔凯介绍说,“高超声速飞机的飞行速度是现有飞机的7倍以上,可大幅缩短飞行时间,为未来洲际旅行提供一种更为快捷舒适的交通工具。”  在高超声速飞行条件下,强烈的激波和摩擦阻力会导致飞行器的升阻比提升十分困难。不仅如此,由于各项性能相互制约,现有飞行器布局很难同时达到“三高”。  针对这些问题,崔凯研究团队基于原创的“高压捕获翼”概念,采用双升力面设计,提出了轴向投影类似于英文字母“I”的新型布局,借助于飞行器上方额外增加的升力面,精确捕获两次压缩后的高压气流,产生高升力,从而大幅提高飞行器的升阻比,并可有效缓解容积率与上述气动参数间的矛盾关系。  研究团队综合运用数值模拟、实验设计和数值优化等技术,开展了构型优化,基于高精度数值仿真对其性能进行了评估,并开展了风洞实验验证。结果显示,这种全新的布局形式,在大容积率条件下可获得超过4.5的升阻比,额外增加的升力面可使飞行器的升力系数提高60%左右。  该研究已历时7年,先后得到国家自然科学基金和力学所高温气体动力学国家重点实验室的资助。“九层之台,起于垒土。尽管这是一组理想的气动指标,但对于这样一个复杂的系统,还有很多有待深入探索和解决的问题。”崔凯说。
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