■本报记者 陈欢欢

2010年~2011年，美国高超声速飞行器HTV-2连续两次试飞失败。失败的原因可能很多，其中项目主管舒尔兹承认对飞行器的“空气动力学现象存在认识上的盲区”。

中国空气动力研究与发展中心研究员叶友达指出，近年来我国高超声速飞行器多次成功试飞，说明我国在近空间的流动机理、飞行器布局设计与气动特性预测、动稳定性、烧蚀防热理论与方法等方面研究取得重要进展。

这一系列成绩都离不开国家自然科学基金委重大研究计划“空天飞行器的若干重大基础问题”及前期项目对近空间飞行器环境的空气动力学方面研究的支持。

首先，揭示了高超声速条件下分离流动非定常特征。科研人员发现一种从极限环起始的新的流动分离形态——封闭极限流面，进一步完善了运动壁三维非定常壁面分离判则。精细的流动测量技术和结果，对理论分析和数值模拟结果的验证都具有重要价值。新的认识为近空间飞行器动态特性的研究打下了坚实的基础。

其次，探索了高空、高温非平衡效应与稀薄流效应耦合机理。高超声速稀薄流动和化学非平衡流动及气动加热问题，涉及多尺度、多物理化学因素的耦合作用。项目组研究了高超声速化学非平衡稀薄流动和锐前缘驻点气动加热特征，建立了锐前缘气动加热受稀薄气体效应耦合非平衡真实气体效应的工程理论，对近空间高超声速飞行器气动特性预测具有重要的参考价值。

第三，探索了高空可压缩湍流及转捩机理。研究人员研究了高温真实气体效应对典型的高超声速边界层流动的扰动演化及转捩特性，预测的转捩发生的位置与流动参数的关系规律，对飞行器的气动外形设计及热防护有重要的参考价值；利用天河-II计算机系统开展了大规模的直接数值模拟计算，对研究近空间高超声速飞行器摩阻的精细预测有重要意义。

第四，建立了新的高超声速飞行器气动热测试手段和方法。相比于传统测量方式，发展的磷光热图技术实现了飞行器热环境的大面积高精度测量，数据量提高1-2个量级，实现了脉冲风洞试验技术的跨越式发展。磷光热图技术已应用于多个高超声速型号飞行器热环境试验预测，获得了大量面测量试验数据，为相关工程型号的热防护设计及优化研究提供了数据支持。

第五，建立了气动热与防热材料的耦合计算模型。研究人员发展了防热与气动加热的一体化计算方法，为近空间高速飞行器设计中遇到的防热材料烧蚀特性研究给予了关键的技术支撑。完善了关于高超声速热环境计算分析方面的基本方法和工具，并总结了变化规律。

第六，探索了新的飞行原理与气动布局优化方法。完成了飞行器单自由度滚转稳定性判据的风洞试验和数值模拟验证；开展了多自由度风洞动态试验相似准则与试验模拟方法研究；开展了乘波体飞行器静稳定性设计研究，通过迎风面的修型，实现横航向静稳定；开展了主动防热控制技术的可行性实验验证；建立的高超声速风洞动态气动力、热精细测试技术已应用于近空间飞行器、高机动导弹的研制，为飞行器安全稳定飞行提供了理论支撑。