航空科学技术
Aeronautical Science &Technology
Nov.252020Vol.31No.1147-53
左林玄*，尤明
航空工业沈阳飞机设计研究所，辽宁沈阳110035
摘要：本文介绍了高超声速飞行器气动布局分类，对钟形体布局、升力体布局、乘波体布局、翼身融合布局进行了分析说
明，总结了高超声速飞行器气动布局的发展方向。从稳定性和操纵性的维度对高超声速飞行器的操稳特性进行了分析，重点分析了在纵向静稳定性、航向静稳定性、副翼操纵效率、方向舵操纵效率等方面，高超声速飞行器区别于传统飞机的特点。基于高超声速飞行器的操稳特性，给出了高超声速飞行器可行的升降舵、副翼、方向舵的使用策略。
关键词：
高超声速飞行器；气动布局；操稳特性；乘波体布局；翼身融合布局中图分类号：V221.3文献标识码：A DOI ：10.19452/j.issn1007-5453.2020.11.006高超声速飞行器是指飞行高度在20~100km 之间，速度超过马赫数5的快速新型飞行器[1]，
高超声速飞行技术是继发明飞机实现飞行、突破声障实现超声速飞行后，航空航天史上又一项具有划时代意义的新技术。高超声速飞行器既包含以吸气式发动机为动力的飞行器，也包含无动力或采用其他推进方式的可重复使用运载器、再入飞行器等。高超声速技术涉及总体、气动、推进、结构、材料、热防护、控制等众多学科，对科技和工业的发展具有极大的带动作用。因此，世界各军事强国积极探索高超声速技术，按照近期目标为高超声速、中期目标为高超声速飞机、远期目标为空天飞机持续开展相关技术研究，包括美国的Hyper -X 计划、HyFly 计划、HyTech 计划等，俄罗斯的“冷”计划、“鹰”计划等，法国的组合吸气式发动机计划（JAPHAR ），英国的“云霄塔”等[2-6]。本文从高超声速飞行器气动布局与操稳特性角度出发，对典型的高超声速飞行器气动布局进行分析，并分别从稳定性、操纵性、机动性等方面对高超声速飞行器的操稳特性进行分析与评估。
1高超声速飞行器气动布局
1.1高超声速飞行器气动布局分类
乘波体
高超声速飞行器气动布局可以分为：钟形体布局、升力
体布局、乘波体布局和翼身融合布局[7-8]。
（1）钟形体布局
钟形体布局的特点是构型简单、技术成熟度高、进入过程减速特性好，主要用于航天员或航天货物的运输及再入返回。
美国火星探测的维京（Viking ）任务、探路者（Pathfinder ）任务以及近年最庞大的火星探测任务火星科学实验室（MSL ）均采用钟形体布局[9-10]，其防热多具有较大的气动阻力，有利于着陆器减速，同时其俯仰静稳定度对轴向的敏感度较低。SpaceX 公司的“龙”飞船（见图1）也采用钟形体布局，于2012年5月成功完成首飞试验，并于2020年5月30日载人发射成功[11]。
（2）升力体布局
升力体布局的特点是易获得高超声速机动飞行需要的大升阻比和稳定配平能力，并具有较高的容积率。美国X -37B 飞行器（见图2）采用升力体布局，气动布局借鉴了航天飞机的成果，并采用低脊的圆形机身横截面，机身平面大而机翼小，在气动外形设计上具备了飞机的主要特征[12]。其他采用升力体布局的高超声速飞行器还包括X -33[13]、HTV -2[14]等。
（3）乘波体布局
乘波体布局的特点是在高超声速条件下具有高升力、
收稿日期：2020-06-28；退修日期：2020-07-31；录用日期：2020-10-15基金项目：国家自然科学基金（61903349）*通信作者：Tel.：135****4762
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引用格式：Zuo Linxuan ，You Ming.Research on aerodynamic configuration ，stability and control characteristics of hypersonic vehicle ［J ］.
Aeronautical Science &Technology ，2020，31（11）：47-53.左林玄，尤明.高超声速飞行器气动布局与操稳特性研究［J ］.航空科学技术，
2020，31（11）：
47-53.
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