空天飞行器先进风洞实验技术及我国发展建议根1姜宗林2凡1◆吴罗1．科技部基础研究管理中心，北京1008622．高温气体动力学国家重点实验室(中国科学院力学研究所)，北京100190要随着空间科学蓬勃发展，各国争相摘验。“载人航天”和“探月工程”的顺利实施稳步推进着我国空间科学的发展。空天飞行器包括各种飞机、飞船、火箭、导弹和卫星等，是实现各种空间探测计划的载体工具。高超声速(马赫数大于5)的先进空天飞行器由于可以大幅提高人类进入、控制和利用空间的能力，其战略价值巨大，是各国航空航天工业争相发展的热门领域［2］。但是，高超声速飞行条件下的飞行器周围会出现“高温气体效应”，气流温度、空气组分等均会发生显著变化，对飞行器气动热/力特性产生严重影响［3］。因此，在先进空天飞行器的研制过程中，需要用高超声速风洞对不同飞行空域的飞行条件进行模拟。高超声速风洞技术的发展对于先进空天飞行器抢占空间科学的战略制高点，发展高超声速风洞技术的战略意义日渐凸显。我国在爆轰驱动高超声速激波风洞研究方面已经走在国际前列，核心技术具有自主知识产权。如何发挥已有设施的作用，加强风洞实验测量技术的研究与开发，提高实验数据的分析能力和在实际空天工程中的应用是我国下一步需要思考的问题。关键词:高超声速风洞爆轰驱动发展建议:O354文献标识码:A:1009-2412(2014)01-0013-04DOI:10．3969/j．issn．1009-2412．2014．01．002二、国内外空天飞行器风洞实验技术发展现状和趋势一、发展空天飞行器风洞实验技术的意义目前，美、俄、欧、中等航空航天大国均已建成不同类型的高超声速风洞，这些风洞在先进空天飞行器研制中为解决高超声速流动和高温气体效应等问题提供了有力的模拟手段。风洞最重要的指标是气流参数和实验时间。风洞气流参数(主要是风洞产生的高焓流动的马赫数与气流总温)的提高，所提供的实验时间就会缩短，这两方面的协调是高超声速风洞建造中的重要问题。目前，美国已经基本建成覆盖马赫数5—30的各类型高超声速风洞，我国由中国科学院力学研究所研制的JF系列风洞也基本覆盖马赫数5—25的范围［4］。高超声速风洞根据加热实验气体的方式，可分为常规加热型高超声速风洞和激波加热型风洞两大类。1．常规加热型高超声速风洞21世纪以来，空间科学蓬勃发展，欧美等发达国家相继制定了各种空间探测计划，并给出了“载人技术、载人登月、载人登火”等时间表。各国在空间科学领域大量投入，争相抢占空间科学的战略制高点，使空间科技水平成为一国科技水平的缩影。我国在空间科学领域也相继开展“载人航天”和“探月工程”等计划，并计划以“绕、落、回”的月球探测活动为牵引，逐步开展火星探测以及深入太阳系的空间科学研究［1］。2013年6月，我国第5艘载人飞船“神舟十号”成功发射，标志着我国“载人航天”技术达到了一个新的高度。早前的“嫦娥一号、二号”已经成功完成“绕月”的任务，2013年年底发射收稿日期:2014-1-25修回日期:2014-2-17联系作者:吴根，研究员，wg@htrdc．com;姜宗林，研究员，zl激ang@imech．ac．cn。2014·1·ChinaBasicScience13---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---中国基础科学·综述评述气源在高压条件下预热到需要的温度状态，然后经过喷管加速膨胀，在风洞实验区里获得高焓流动。常规加热型高超声速风洞采用连续运行模式，能够提供较长的实验时间和较宽的马赫数范围，所以在高超声速气动实验中得到广泛应用。但是，由于该类型风洞加热器系统较为复杂，造价昂贵，且加热过程中热损耗严重，电能消耗极大。另外，由于该类型风洞高温条件下加热时间长，对加热器系统及气源容器(蓄热器)材料有较高的耐热要求。常见的加热器有镍铬电阻加热器、铁铬铝电阻加热器、氮气/钨电阻加热器以及近年来发展的石墨电阻加热器等。常用的蓄热器有氧化铝卵石蓄热器和氧化锆卵石蓄热器。同时，由于电极和蓄热器受高温空气的侵蚀，对实验气体存在一定的污染，不同程度上影响了实验结果。另外，受加热器的加热能力限制，常规加热型高超声速风洞很难获得总温高于2500K的高焓流动，应用有一定局限性。美国...