学文网高超声速篇1
从突破音障到挑战热障
第二次世界大战末期，以活塞式发动机和螺旋桨驱动的飞机，其性能已经达到了极限。当飞行速度接近声速的时候，螺旋桨桨叶尖端的运动速度会超过声速，使螺旋桨的性能迅速下降;机翼和机身表面的气流也变得非常紊乱，令飞机难以操控。此时，飞行员们发现，他们的飞机仿佛撞在了一堵无形的墙上，这就是音障现象，如果处置不当，很可能导致坠毁事故。很显然，想要突破音障，实现超声速飞行，只能由动力更为强大，而且机体经过特别设计的喷气式飞机来完成。
战后，突破音障成为航空研究的热点课题。1947年10月14日，美国试飞员查克・耶格尔驾驶着以火箭为动力的X-1型飞机，完成了人类第一次超声速飞行。此后，人们很快发现音障只有一道，也就是说，飞机只要突破音障，便拥有一段相当大的提速空间。只有在飞行速度超过2.5倍声速的时候，飞机才会面临另一重威胁，即机体与空气摩擦，将会产生足以威胁机体强度的高温，这种新的挑战被称为热障。
想要克服热障，传统的航空铝合金材料已经无能为力，只有借助钛合金、不锈钢和特制的高温铝合金等材料。美国研制的SR-71战略侦察机和XB-70女武神轰炸机，飞行速度都达到了声速的3倍。苏联为截击XB-70研制的米格-25狐蝠战斗机，也拥有这样的高速。它们是为数不多的克服热障的成功者。
但这些为***备竞赛研制的飞机，都是不计成本的产物，而且为克服热障，在其他性能上做出了或多或少的让步，因而有着各自的缺陷。例如，SR-71需要大量的地面准备工作才能起飞，而且其机体结构需要为高速飞行时的热胀预留空间，所以在地面上和低速飞行时会不可避免地漏油，以至于每一次任务都只能带半箱油起飞，还必须有专用的空中加油机随时待命补给燃油。米格-25受制于苏联在钛合金领域的短板，机体主要由不锈钢制造，不仅牺牲了操控的灵活性，而且只能维持很短的高速时间。XB-70原本是为高速突破苏联的防空网所设计，因此不计成本地使用了大量钛合金材料;但迅速进步的洲际导弹技术，提供了更高的速度和打击精度，这使得XB-70凭借的战术不再有意义，XB-70和为它护航的F-108轻剑战斗机也胎死腹中。
目前，世界上各个***事强国最先进的那一批主力战斗机，比如美国的F-22猛禽战斗机，最高速度都在声速的2.5倍以下。但凭借超声速巡航能力，它们能够以更快的速度长途奔袭作战。至于研制既能够以声速的3倍甚至更高速度巡航，又能投入空战的战斗机，不再是人们追求的目标。这是因为，同时具备轻质、坚固和耐高温，经济上也可以接受的材料尚未出现，燃油效率更高的发动机也有待研发;而且，想要让这样的飞机充分发挥实力，还需要空中加油机或者其他等效的装备随叫随到。
因此可以说，在美国科幻电影《绝密飞行》里，几架新锐战机以4倍声速做长途奔袭，到达战场后随即展开攻击的情节，短时间内还难以成为现实。即使是在电影虚构的近未来世界中，这样的战术也是在美国部署了大量巨型飞艇“加油站”的条件下，方才能偶尔为之。
高超声速为航天“奠基”
如果在科幻电影中未来战机的基础上进一步提速，我们就进入了高超声速的领域，也就是以声速的5倍或者更高的速度飞行。以人类目前的动力和材料技术，这样的速度只有在空气极为稀薄的高空，或者外层空间，才有达到的可能。
20世纪50年代末和60年代初，美国为载人航天方面的研究，设计了X-15试验飞机。时至今日，它仍然是飞行速度最快的有人驾驶飞机。这种独特的飞机使用以液氨和液氧驱动的火箭发动机，以挑战高空高速飞行。但独特的结构和动力模式，决定了它的发动机工作时间极为短暂。因此，它只能被一架B-52同温层堡垒轰炸机搭载升空，“发射”之后飞上一小段时间再滑翔降落。在一些航次的飞行中，X-15达到了声速的6.72倍，并突破距离地面100千米的卡门线进入了太空;那些驾机突破卡门线的飞行员，后来被归入宇航员之列。
高超声速篇2
我国高超声速武器未来一旦投入实战应用，将发挥巨大的作用，成为一支不可忽视的战场力量，其作战运用主要有以下几个方面：
一，用于新型战略成慑行动。高超声速武器的初衷之一就是在现役核武器之外，谋求一种新型的战略武器，以形成对其他国家新的战略优势，同时弥补现役核武器的不足，例如威慑能力有余而实战能力受限。这样的话，未来部署的高超声速武器系统将首先是一种常规武器系统，同时也可以配备核弹头，使之成为一种新型战略威慑系统，与现役战略核威慑系统一起构成相辅相成的战略威慑系统。与常规的战略核威慑系统相比，高超声速武器系统具有以下优势，即使用门槛大幅降低，打击精度大幅提升，打击灵活性更高，打击效果更可控，因而可信度更高，从某种意义上说，能对敌方产生更大的成慑作用。
二，用于不依赖前沿基地的战术性全球快速精确打击。高超声速武器的发展初衷就是一种可从本土发射的、用于对付移动的或时间敏感的或深埋加固的高价值目标的全球快速打击能力。以美国为例，目前美国为了维护其在全球利益，在世界主要战略区域均有驻***，但即便如此，对于一些新的战争形势或恐怖活动，遍布全球的美***也很难做到及时反应。而未来具有洲际或全球射程的高超声速武器服役后，美国的一些前沿***事存在战略就可以大幅调整，可大幅收缩战线，将大量***力撤回到本土或海外领土，一旦发生突发事件，美国可从本土或海外领土发射助推滑翔高超声速导弹或高超声速巡航导弹实施打击，而不需要受到地缘***治的限制。
对于缺少海外***事基地的我国来说，高超声速导弹的全球打击意义将更为重大，可以在领土内对远距离外的威胁目标保持威慑，有助于我国维护海外的经济利益，保护我国的合法权益。
三，用于“空海一体战”。高超声速导弹由于射程远、速度快，不易拦截，生存与突防能力比常规导弹高很多，将是对空、对海打击的最有效武器。比如，美国目前就正在计划为B-2、B-52H等战略轰炸机配备“高速打击武器”（HSSW）等高超声速巡航导弹。而我国的轰6K新型轰炸机将来也可能成为国产高超声速导弹的装载平台，以进一步提高区域拒止作战能力。
四，用于空天一体的快速信息支援。由于高超声速武器的运行轨道很多都可以在临近空间或空间运行，因而可用来弥补现有卫星、低动态临近空间传感器的不足，为信息化联合作战提供实时、高速的信息支援。所以，未来助推一滑翔导弹除了携载杀伤弹头外，也可携载无人机、传感器等有效载荷。例如美国HTV-2飞行器的实战型号“通用再入飞行器”，就可进行高速空天情报、监视与侦察，甚至可实现情报中继功能。这些携带侦察系统的高超声速空天飞行器可与海基、陆基传感器系统实现无缝联接，将实时收集的情报通过一体化C4ISR网络迅速分发至各种武器系统，为全球范围内的实时精确打击奠定基础。
五，用于快速控制空间和实施天地打击。高超声速技术最终研制成功后，可具备重复使用能力，从而实现自由、快速、低成本地往返空间，并实现对空间的***事化利用。
目前，国外发展的空间机动飞行器可用于空间控制，例如跟踪、破坏、捕获和摧毁卫星等航天器。未来空间机动飞行器经过进一步改进后，例如X-37B轨道机动飞行器升级为X-37C之后，有效载荷能力大增，各项关键技术更加成熟，可用于携载天基激光武器、“上帝之杖”天基动能武器等对地攻击武器实施作战。
同时，发展中的助推一滑翔高超声速导弹、高超声速巡航导弹虽然目前主要用于地对地、空对地或海对地打击，不过这种高超声速武器的相关技术可为未来天地打击技术奠定基础。首先，这两种导弹的动力装置可分别发展成为可重复使用火箭、可重复使用超燃冲压发动机，二者的组合便可成为空天飞机的动力装置。其次，助推一滑翔高超声速导弹的滑翔弹头、高超声速巡航导弹均可由空天飞机或其他空间机动飞行器携载，在空间或临近空间上，携载多种有效载荷（包括侵彻弹头、低成本自主攻击系统、炸弹、无人机、电磁脉冲弹等）从轨道或亚轨道上再人大气层直接打击目标。
配套系统
高超声速导弹与现在的常规导弹一样，需要相应的配套系统才能投入实战使用。这些配套系统基于现役弹道导弹或现役巡航导弹的配套系统，但又增加许多新技术和新装备。
发射系统
对于助推一滑翔高超声速导弹来讲，发射系统分为陆基和海基两种。其中陆基发射系统主要包括地下井发射系统、公路和铁路机动发射系统；海基发射系统主要包括弹道导弹核潜艇、攻击型核潜艇和水面舰艇等。与现役弹道导弹相比，其发射系统变化不大，只是由于助推一滑翔导弹的发展目前不受《中导条约》限制，可具备中程射程，因而体积可以更小，可由更多种类的海基平台携载。另外，如上所述，助推一滑翔导弹的滑翔弹头可在发射入轨后，在空间层待命，需要时通过自身的火箭动力离轨实施天地打击，也可由空天飞机等空间机动飞行器携载发射。
而对于高超声速巡航导弹，尽管可由陆基、海基、空基、天基多种平台发射，但由于尚无法达到洲际射程，因此将主要由海基、空基、天基平台携载和发射。其中，空基和天基平台包括战略轰炸机和空天飞机等。
网络化指挥控制系统
高超声速导弹的主要作战特点是快、远、准、狠。为了达到这样的毁伤效果，必须得到网络化扁平化指挥控制系统的支持；有了这种支持，一方才能在极短时间内调动一切积极因素实施联合作战，确保快速完成打击任务。这种指挥控制系统通常有以下特征：
一是一体化网络化，作战流程明显缩短。未来将利用信息技术，例如数据链技术、美国的“全球信息栅格”技术等，把侦察监视传感器、作战平台、导弹等原本分离的武器装备集成为侦察探测一信息处理一武器控制火力打击一体化的作战体系，即将导弹的杀伤（K）过程与C4ISR的各个环节更紧密地结合，形成一体化高超声速导弹C4IKSR系统。在这个系统之中，导弹既能从C4IKSR系统及时获取信息，提高远距离实时精确打击的效果，也能具有战场ISR能力；这种ISR能力不仅用于导弹自主攻击，也将实时提供给C4IKSR系统。由于整个导弹武器系统的融合，其快速反应能力大大增强。
二是扁平化分布式，最高指令直达发射单元。由于高超声速导弹要对付移动目标等时间敏感目标，为了不丧失战机，原先逐级下达命令的集中指挥体制已无法满足作战要求，需要建立可同时实施分散指挥的体制。由于外***发射控制系统的不断改进以及导弹部队作战通信能力的增强，必要时最高当局或战区当局的命令与目标诸元可直接下到导弹连、甚至发射排指挥控制中心，经过较短时间的发射准备，导弹发射单元就可完成作战任务。同时，在发动打击行动时，为了提高生存能力，高超声速导弹武器系统的各个分系统可分散配置在不同的地方，但通过信息化系统仍可实现实时的统一指挥。由于各个相同配置的导弹武器系统可互联互通互操作，因此一旦一个武器系统的指挥系统遭到破坏，另一个武器系统的指挥系统仍可通过指挥网络将其发射出去。这种扁平化分布式的指挥方式使发射反应时间大大缩短，有利于及时抓住战机，有效完成打击任务。
目标信息获取系统
除了指挥控制系统，高超声速导弹还需要目标信息获取系统的支持。目前，美国等先进国家已建立成熟完善的固定目标侦察监视系统，正在建设移动目标信息获取系统，特别是反导信息获取系统。其中，天基预警卫星系统能对导弹发射阶段和起飞阶段的立体侦察，覆盖了除两极以外的弹道导弹发射区域，基本上解决了对敌战略弹道导弹发射的助推段探测问题，并具备一定的中段预警探测能力。地基预警探测雷达系统基本可以做到探测跟踪从不同方向袭击美国的战略弹道导弹。海基X波段雷达系统可为捕获、跟踪和识别导弹目标提供高分辨率数据和精确评估，对装备气球诱饵突防装置的战略弹道导弹具有很大威胁。此外，美国还将于2020年全面建立“全球信息栅格”系统，提高对移动目标的信息获取、传递、处理和利用能力，实现整个反导系统对信息的快速、实时获取、共享与运用，同时也可全面用于支持高超声导速导弹的作战，包括实施所谓的“预警反击”。
给未来战争带来的变革
以助推滑翔高超声速导弹、高超声速巡航导弹以及空间机动飞行器为代表的新型高超声速武器是一种新的划时代的武器。它不仅将实现弹道导弹和巡航导弹的创新发展，也给反导系统带来了新挑战，还为人类开辟了“空间”这个新战场。
变革一，推动导弹的创新发展与融合，使导弹攻防对抗更加激烈。目前的战略弹道导弹已发展到第4代，其战术技术性能指标已达到或接近物理极限，取得进一步突破性进展的难度越来越大，其纵向突破式发展模式难以为继。因此，不同类型导弹、平台或系统之间的横向组合式发展成为必然，而助推滑翔高超声速导弹的出现则是这种创新发展的一个例子。同时，目前巡航导弹的飞行速度和射程均受到限制。由于技术水平的限制，国外现役巡航导弹主要为亚声速型号，部分为超声速型号，但后者仅为低超声速（3马赫以下），最大射程不超过550千米。由此可见，速度和射程已成为巡航导弹发展的瓶颈，采用以超燃冲压发动机技术为核心的高超声速技术也就成为巡航导弹大幅增加射程、实现快速全球打击能力的重要途径。
另一方面，新型高超声速导弹的发展，将给目前各国的反导系统带来巨大压力。主要原因是，高超声速巡航导弹以现有技术条件很难被拦截。以助推一滑翔高超声速导弹为例，该导弹在传统弹道导弹的基础上增加了较长时间的末段滑翔飞行方式，从而使弹道更难确定，拦截难度也成倍增长。
变革二，将提升空基战略打击能力，强化空战在战争中的作用。目前，几个核大国的战略导弹核力量都是以海基和陆基为主，而空基力量因其灵活性高被视为海基和陆基力量的重要补充。从空基力量自身来讲，它主要由空射巡航导弹和战略轰炸机构成。由于技术条件的限制，国外现役空射战略巡航导弹主要为亚声速型号，最大射程只有数千千米。这样的战术技术指标限制了空基战略导弹核力量的突防与生存能力、打击能力。未来高超声速巡航导弹服役后，射程将从目前设计的1000多千米提升至5000千米以上。极快的速度和较远的射程，将使空基导弹核力量具备真正的全球快速打击能力，而不再仅仅是海基和陆基力量的“补充”。
变革三，提高利用和控制空间的能力，催生空天一体的新战场。与各种侦察和预警卫星相比，高超声速武器等空间平台具有更大的灵活性，综合侦察能力更强，实时性更好。同时，这些空间平台可用于反卫星或在轨服务，包括破坏、摧毁或捕获敌国卫星，同时维修或回收本国的在轨***用卫星，或为在轨***用卫星补充燃料，延长其寿命或增强其轨道机动能力等，还可提供先进卫星在轨技术试验能力，从而降低新一代***用卫星研发的技术风险。
高超声速篇3
摘要:
通过在激波风洞中开展转捩试验，选取来流马赫数分别为6和8，单位雷诺数分别为4．1×106m－1、2．6×107m－1和4．4×107m－1的来流条件，研究马赫数、单位雷诺数以及攻角变化对钝锥边界层和平板边界层转捩位置的影响。结果表明，攻角增大使钝锥迎风面和背风面边界层转捩位置均前移，使平板边界层转捩位置也前移;钝锥边界层在低马赫数时更容易转捩，平板边界层转捩受马赫数影响在攻角有差异时有所不同;单位雷诺数的增大促进转捩，但对于钝锥边界层而言，该参数增加到试验选定的上限时，转捩位置的变化并不明显;在转捩过程中平板边界层的脉动压力系数与热流具有相同的变化趋势。试验捕捉到了第二模态扰动。
关键词:
边界层转捩;高超声速;第二模态;热流;脉动压力
高超声速边界层转捩问题是空气动力学的难点之一，当边界层从层流态转捩过渡到湍流态后，壁面热流密度会激增数倍，这是热防护设计中必须考虑的问题。而高超声速条件下的转捩位置预测相比低速边界层来说要困难得多，转捩临界雷诺数要高出几个数量级［1］，转捩机理不同于亚声速和跨声速的情形，转捩过程的细节并未很好弄清。因此，开展高超声速边界层转捩特性的研究具有重要的基础理论和工程意义。在地面高超声速设备开展的边界层转捩试验研究中，诱导边界层转捩的扰动分为涡量模态(速度脉动)、总温脉动和声学辐射［2］，其中声学辐射是占主导地位的扰动类型，比如喷管和试验段壁面的湍流边界层产生的声波会对转捩试验结果造成影响，若要研究高水平的噪声对转捩的影响，需要开展静风洞试验。高超声速流动中主要的扰动包括第一模态不稳定性、第二模态不稳定性以及横流不稳定性。其中在轴对称流动或平面流动中，第二模态不稳定性起主要作用。在高超声速边界层转捩的机理性研究方面，国内研究仍然存在一定的局限性，比如在试验研究方面，试验的方法和手段还相对单一。韩健［3］通过测量热流脉动分析了高超声速尖锥边界层的稳定性，张扣立等［4］利用温敏漆技术测量了平板边界层的转捩过程。Anderson［5］归纳的影响高超声速边界层转捩的因素有十多种，比如边界层外缘马赫数、头部曲率半径、攻角、壁温、表面粗糙度、质量流的注入、当地曲率、横向流速度梯度、流向压力梯度、来流单位雷诺数、总温、化学反应，还包括试验设备的因素，如来流湍流度、喷管边界层中传播的噪声扰动。本文针对钝锥和平板模型，在激波风洞中开展钝锥边界层和平板边界层的转捩试验研究，在众多的转捩影响因素中选择来流马赫数、单位雷诺数和攻角作为研究变量，研究这些因素对转捩位置的影响，以及第二模态不稳定性在高超声速边界层转捩过程中的体现。
1试验条件
1．1试验设备高超声速边界层转捩试验研究在中国空气动力研究与发展中心FD-14A激波风洞(见***1)上开展。FD-14A激波风洞是由内径为80mm，高压段、低压段长度分别为7．5m和12．5m的激波管和相应的喷管、试验段、真空箱组成，其型面喷管出口直径为0．6m。风洞试验气体为氮气，采用氢气或氢气和氮气混合气体驱动。通过更换喉道可获得不同的来流马赫数，通过调节高低压段压力可获得不同的来流雷诺数，实现不同的模拟环境。FD-14A激波风洞能模拟飞行马赫数范围为6～12，单位雷诺数范围为2．1×105～6．5×107m－1的飞行状态，有效试验时间为2～13ms。
1．2试验模型及流场条件试验模型有两个，其一为钝锥模型(见***2)，半锥角为5°，模型长Lc=600mm，头部钝度为0．8mm。其二为平板模型(见***3)，长Lp=510mm，宽230mm，前缘钝度为1mm。其中钝锥模型表面的热流测点分布在三条子午线上，模型正下方子午线为迎风子午线、正上方子午线为背风子午线，与迎风、背风子午线成90°圆周角的为侧面子午线，每条子午线上各有29个热流测点。平板模型的热流测点全都位于平板表面中心线(沿流向)上，共25个，脉动压力测点同样位于中心线上，共10个。采用新型耐冲刷薄膜热流传感器测量模型表面热流。这种传感器相比老式玻璃基体类型传感器具有较强的耐冲刷特性，使用时间较长，减小了由于传感器的频繁更换带来的个体差异引起的测量误差。采用KULITE公司XTE－190M型绝压高频压阻压力传感器测量壁面压力脉动特性，测量端直径Ф3．8mm，固有频率250kHz。为能够有效捕捉边界层转捩特性，结合模型特点及激波风洞流场条件(FlowCondition，FC)，选取试验流场如表1所示。其中流场1、2、4的名义马赫数为8，流场3的名义马赫数为6。
2数据处理方法
2．1热流测量结果的处理通过热流测点的时域特性曲线(横坐标为时间，纵坐标为热流幅值)来初步判断某个测点所处位置的边界层流态是层流、转捩过渡状态还是湍流。层流条件下，热流时域特性曲线在有效试验时间内保持平稳的分布，没有明显的波动迹象。湍流条件下，热流时域特性曲线在有效试验时间内，大部分时间也保持平台式的分布，但热流的脉动量相比层流要明显些，且热流值大幅跃升。注意到高热流平台的形成经过了一个热流突然跃升的过程，跃升之前的热流水平即为该测点处于层流的水平，跃升过程后稳定的湍流状态形成。而当某个测点处于转捩过渡区时，其热流时域特性曲线具有与层流和湍流完全不同的特征。转捩过程的流动特征是间歇性的涡的产生和破碎，由此导致了瞬时热流的高峰值，热流的脉动特征显得极为明显，热流时域特性曲线则具有许多个明显的“尖峰”。***4为某车次风洞运行时钝锥模型迎风子午线上沿流向依次相邻的6个热流测点(间距15mm)的时域特性曲线。依据上述边界层流态与热流时域特性曲线的对应关系，判定这6个测点所处位置的边界层流态分别为层流、层流、转捩、转捩、转捩和湍流，其中点C判定为转捩起始位置，点F判定为转捩完成位置。为便于进行对比分析，热流进行了无量纲化处理。钝锥模型及平板模型无量纲热流参考值为0°攻角时头部或前缘驻点热流Fay-Riddle公式计算值(壁温取298K)。
2．2脉动压力测量结果的处理通过高频压力传感器测得模型表面的脉动压力信息，基于瞬时压力p(t)，计算得到体现边界层压力脉动特性的幅值域参数。功率谱密度是描述脉动压力频率域特性的函数，能够反映流场脉动量所包含的频率成分及其对应的能量大小，是反映边界层脉动特性的重要频率域的统计函数。
3结果与分析
3．1攻角对转捩的影响有关钝锥边界层的试验研究表明，随着攻角从0°开始增大，背风面转捩起始位置前移，迎风面转捩起始位置后移，即表现出非对称转捩特性［6］;然而也有部分试验反映出不同的趋势，当头部钝度较大时，会出现攻角增大后，迎风面转捩起始位置前移和背风面转捩起始位置后移［7］，而迎风面和背风面转捩起始位置均前移的现象也可能出现［8］，由此可见高超声速边界层转捩的复杂性。本文研究了钝锥模型在流场2条件、攻角变化时的边界层转捩特性，其中攻角状态分别为0°、2°、4°、6°和10°。***5给出了三条子午线的转捩起始位置随攻角变化情况，随着攻角的增加，各条子午线的转捩起始位置均向上游移动，但背风子午线的前移幅度要明显大于迎风子午线。表2对比了尖(钝)锥边界层转捩试验研究相关文献给出的研究条件和迎风子午线与背风子午线转捩位置随攻角变化规律的结论，发现尖头部和钝头部的规律存在显著差异。对于尖头部情形，普遍规律是:攻角增大，迎风子午线转捩位置后移，背风子午线转捩位置前移;而当头部有一定钝度时，普遍规律是:攻角增大，迎风子午线和背风子午线的转捩位置均前移，后者前移的幅度更大。本文属于后一种情况。平板模型的试验结果则表明，当攻角从0°变化到4°时，平板中心线上的转捩起始位置前移，具体情况见表3、表4。
3．2单位雷诺数对转捩的影响本文对比了名义马赫数相同，单位雷诺数不同的3种流场(流场1、2、4)条件下的测量结果(表3)。就钝锥模型而言，单位雷诺数的增大意味着对转捩的促进，但流场2、4的对比结果表明，当单位雷诺数继续增大，即从2．6×107m－1增加到4．4×107m－1时，转捩起始位置几乎没有变化。就平板模型而言，结果则有所不同，流场2、4的对比结果表明，当单位雷诺数继续增大时，转捩仍然受到较为明显的促进作用。以转捩位置距钝锥头部的轴向距离为特征长度，则流场2、4条件下迎风子午线转捩的临界雷诺数Retr分别为0．546×107和1．117×107。可见随着单位雷诺数的增加，临界雷诺数也在增加，这与大多数的基本构型(锥和平板)转捩试验的结果一致，也即“单位雷诺数效应”。
3．3马赫数对转捩的影响线性稳定性理论预测，第二模态扰动增长率和边界层外缘马赫数密切相关，后为试验所证实。Stetson和Kimmel［15］的试验研究表明，当地马赫数从6．8降为5．2时，第二模态扰动的增长率显著上升。本文对比了单位雷诺数一致的两种流场条件下(即流场2、3)的测量结果(表4)。就钝锥模型而言，相比流场2(马赫数8．1)，流场3(马赫数6．3)条件下的边界层更容易转捩;就平板模型而言，当攻角为4°时，与钝锥的规律相同，低马赫数流场条件促进转捩，但当攻角为0°时，情况则颠倒过来。
3．4脉动压力系数及功率谱密度分析转捩过程伴随有脉动压力系数的显著上升，与热流信号“尖峰”产生的机理相同，间歇性涡的产生和破碎也是压力脉动量增大的原因。***6、***7给出了平板中心线的热流和脉动压力分布结果(攻角4°)，可以明显见到，伴随着转捩过程的是热流和压力脉动量的共同提升。***8给出了流场1、2、4条件下(攻角4°)x/Lp=0．765处压力功率谱密度的测量结果，其中流场1条件下该测点边界层状态为层流，流场2、4条件下该测点处于转捩过渡区。对于转捩发生的情况(流场2、4)，第二模态最大扰动大约出现在频率120～150kHz的范围，且流场2、4对应的频带相差无几，而层流条件下(流场1)未见明显的第二模态扰动。
4结束语
通过在中国空气动力研究与发展中心的FD-14A风洞中开展高超声速钝锥和平板边界层转捩测量试验，基于对试验结果的分析，得到以下主要结论:1)在0°到10°的攻角范围内，攻角越大，钝锥迎风中心线和背风中心线边界层转捩起始位置均前移，且背风中心线前移的幅度更大;相比零攻角，有攻角条件下平板边界层更易转捩。2)在来流马赫数不变的条件下，随着来流单位雷诺数的增加，钝锥边界层和平板边界层的转捩位置均前移，但钝锥边界层的转捩位置在单位雷诺数从2．6×107m－1增大到4．4×107m－1时变化微小。3)若单位雷诺数相同，较低马赫数来流条件下，边界层更容易转捩。4)平板边界层脉动压力系数随着转捩过程与热流具有相同的增长趋势。5)平板边界层转捩过程可见明显的第二模态不稳定波，集中在120～150kHz频率范围。未来工作将深入自由来流湍流噪声的测量研究，并对钝锥边界层脉动压力特性进行散点式测量，从而完善对高超声速边界层转捩***景的认识。
参考文献
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高超声速篇4
关键词：高超声速飞行器；特点；未来作战
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.14.213
对于高超声速飞行器来说，属于一种新概念的空中作战平台，其能够如同飞机一般从传统跑道上起飞与着陆，通过高速声速在大气层外飞行，并且能够在很短的时间内向全球任务时间敏感目标发出攻击，进而实现及时发现及时摧毁。从高超声速飞行器的研制及试验方面来讲，美***优势显著[1]。为了深入了解高超声速飞行器在未来的应用价值，本文对“高超声速飞行器的特点及其对未来作战的影响”进行分析与研究意义重大。
1 高超声速飞行器的特点分析
由于高超声速飞行器在空中作战中的优势明显，因此美***加大了对高超声速飞行器的研究。从高超声速飞行器的特点角度来讲，其具备的主要特点包括：
1.1 具备很快的飞行速度
对于高超声速飞行器，所使用的发动机为超声速冲压式喷射发动机，其飞行速度能够达至8―10马赫数。与此同时，在飞行器机身上，所使用的合金材料具备耐高温特点，同时使用隔热保护策略，当飞行器局部温度达至2000℃的条件下，依旧不会对高速飞行产生影响。
1.2 具备广泛的攻击范围
以美***和洛马公司合作研发的超高速速巡航飞行器为例，其航程达到16669千米，能够在美国本土起飞与降落，并于1小时到2小时内对全球范围的任何性质目标进行攻击。从中可知，高超声速飞行器的攻击范围非常广泛[2]。
1.3 有效荷载高及打击目标能力强
一方面，高超声速飞行器的有效荷载比较高，上述提到的由美***和洛马公司合作研发的试验型机的载重达到5448千克，能够携带12枚454千克的弹头超声速飞行，其自身重要只有999千克。另一方面，高超声速飞行器具备很强的打击目标能力，能够实现对深层坚固目标、移动变位目标以及时间敏感性目标的打击，打击目标的综合能力强，因此高超声飞行器的应用价值功效显著。
2 高超声速飞行器对未来作战的影响探究
在上述分析过程中，认识到高超声速飞行器的特点突出，从中也可能看出其具备广泛的应用优势及显著的价值功效。从应用现状来看，高超声速飞行器对未来作战的影响表现在多个方面：
2.1 使战场空间扩大
X-43A高超声速飞行器的速度大概为马赫10，可以在极短的时间内到达地球的任何一个地点，快速地对上千米或上万米的***事目标进行打击，如此便使战场的空间得到很大程度的拓展，使全球作战成为今后战争发展的必然势态。
2.2 使作战能力变强
在高超声速飞行器中，空天飞机是典型代表之一，具备一般作战飞机没有的能力，可以使航空兵参与空地联合作战，同时又可能加入天***行列，从而实现在太空作战。其中，高超声速飞行器不但可以发射相关监视信息，而且还能够对卫星进行打击。此外，当高超声速飞行器携带的炸弹从高空发射之后，能够在重力的作用下产生极大的动能，在制导系统的控制下，精准且高效地将目标击中。总而言之，高超声速飞行器在未来作战中影响重大，能够使作战能力变强。
2.3 使作战节奏加快
从现状来看，美国的高超声速飞行器已经具备一定的航天作战能力，并且美国***事合作的洛马公司正压法超声速飞行器，其巡航高度能够达到4.5千米，能够在数分钟内从上万米高空朝地面任务目标发起攻击，其投掷的炸弹可以在重力作用下25马赫数的速度，对目标进行毁灭性打击。有学者经研究表明，美***的高超声速飞行器在美国本土起飞，使一次全球作战任务得到有效完成后，再回到本土降落所需的时间仅为1小时到2小时，从中可以看出其作战的节奏非常快[3]。从防御角度来说，预警侦查系统可能还没有发现设备的运行轨迹，高超声速的高空飞行器就已经接近目标，并且瞬间就能够击落目标，导致防御系统不能及时防御。所以，防御方面应该及时构建应对高超声速的高空飞行器的防御机制。第一，构建空、天基侦察预警机制，有机结合地面预警雷达、天基雷达、侦查卫星以及预警飞机来形成严密一体的防御体系，尽快尽早的预警和探测高超声速飞行器。第二，构建地基防天武器系统以及空、天基拦截打击机制，全程拦截高超声速飞行器，以便于形成一体化多位拦截网。
2.4 使突防能力更强
现阶段巡航导弹运行过程中，突破防御的关键是隐身技术和超低空飞行，但是实际操作具备比较慢的运行速度，很容易拦截暴露的设备，例如，科索沃战争的时候击落数十个战斧。目前还没有针对高超声速的高空飞行器的对策。高超声速的高空飞行器因为强大的抗击能力和良好的飞行速度，促使打击系统和防空预警机制不能及时反应，导致严重降低拦截效率，以便于全面提高高超声速高空飞行器的突防效率。高超声速的高空飞行器如果能够有机结合隐身技术，那么会迅速降低防空武器系统反应时间，最大限度降低拦截效率，从而促使高超声速高空飞行器具备更强生存能力，以便于能够迅速获得控制权。
3 结语
通过本文的探究，认识到高超声速飞行器的特点突出，包括：具备很快的飞行速度、具备良好的隐身性能、具备广泛的攻击范围以及有效荷载高及打击目标能力强。与此同时，高超声速飞行器对未来作战的影响也体现在多个方面，包括：使战场空间扩大、使作战能力变强以及使作战节奏加快等。总而言之，高超声速飞行器在***事领域点突出、优势显著，在未来***事空中作战具备广泛应用价值。
参考文献：
[1]胡海，张林，刘亿，方立恭.美国海基临近空间高超声速武器的发展及影响研究[J].飞航导弹，2013（01）：57-62.
高超声速篇5
ES***可提供重要的多层防御能力，实施防卫性火力打击，对付高机动过载的反舰巡航导弹、超声速高速俯冲目标威胁、低速空中目标威胁，以及水面目标威胁。最近，ES***还成功从一个地基系统发射，证明了该导弹的地上性能与水上性能相匹配。重要的是，证明ES***提高的能力并不需要软件的改动。（雨丝）
欧洲导弹公司测试硫磺石导弹攻击近岸攻击艇能力
欧洲导弹公司于2013年5月29日对硫磺石导弹攻击近岸攻击艇的能力进行了测试。在这次测试中多枚硫磺石导弹被连续发射并分别摧毁了多个快速近岸攻击艇目标，且发射人员不需要为每个硫磺石导弹指定各自的目标。这充分演示了硫磺石导弹是一种强大的发射后不管的海面攻击武器。
测试中，3枚采用毫米波制导的硫磺石导弹被连续发射以攻击组成攻击阵型的5个快速近岸攻击艇目标。3枚导弹在距离目标4千米～5千米时独自锁定了各自的目标，并直接命中对其造成严重的结构损伤。这些导弹是由安装在一个地面测试平台上的三联装轨道发射器发射的。
在这次测试之前，欧洲导弹公司还曾于2013年4月6日进行过一次未公开的测试，成功命中了单个静止的船只目标。测试中导弹没有携带战斗部而是安装有一个遥测装置以传输试验数据，在捕获目标后直接命中船只的控制室并从船只后方穿出，致使船只沉没。这两次测试均是在苏格兰西岸进行。（黄英）
俄计划进行弹道导弹测试
俄罗斯海***计划在新建造的两艘北风级潜艇上进行布拉瓦导弹发射试验。这两艘潜艇目前均在进行最后的海试，如果导弹试射成功，那么这两艘潜艇将于今年年底交付俄罗斯海***。根据俄新社的报道，其中的一艘潜艇将进行单枚导弹试射，而另一艘将进行多枚导弹齐射的试验。
俄罗斯新型弹道导弹的试验早在2004年就已开始，从那时起布拉瓦导弹就成为俄罗斯***工领域最热门的话题之一。在2004年～2011年进行的18次导弹试射中，共有11次获得成功。
2011年，在北风级首艇尤里·多尔戈鲁基号上成功进行了4次布拉瓦导弹发射，表明该型导弹已经达到进入部队服役的条件。2013年1月，该潜艇进入俄罗斯北方舰队服役，其母港为摩尔曼斯克。
俄罗斯计划建造10艘北风级弹道导弹核潜艇，阿尔汉格尔斯克的北方造船厂目前正在建造第4艘纳亚兹-弗拉迪米尔号。第5艘和第6艘分别命名为亚历山大。苏沃洛夫和米哈伊尔’库***佐夫，分别于2013年7月和2013年11月开工建造。（于蓝）
BAE系统公司进行多***种
通用制导炮弹飞行试验
BAE系统公司与联合技术公司近期于白沙导弹靶场成功完成了多***种通用制导炮弹的制导飞行试验，演示了用Mk 45Mod4舰炮系统发射该弹的效果，试验实现所有预定目标。此外，此次试验共完成110项多***种通用制导炮弹的子系统测试，演示了该弹在射程为38千米下的战术性能。
多***种通用制导炮弹的最大射程将近100千米，精度可达到5米以内。美国陆***和海***陆战队的野战火炮及美国海***Mk45舰炮一旦装备多***种通用制导炮弹，性能将得到大幅提升。由于美国及其盟国目前执行火力支援和对战术目标进行打击等任务时所用的制导弹药通常较为昂贵，需要一种身管发射的低成本远程制导弹药。多***种通用制导炮弹正是这可以满足该需求的新型制导炮弹，可供美国及其盟国多个***种装备，响应迅速，能打静止和运动目标，但成本仅有现有同类装备的几分之一。2013年夏，美国陆***将用M777牵引榴弹炮试射多***种通用制导炮弹。（雨丝）瑞典成功试射流星超视距空空导弹
2013年6月底，在瑞典维德塞尔的北欧航宇试验场，瑞典空***利用萨博公司的鹰狮测试战斗机成功试射了MBDA公司的流星超视距空空导弹。测试过程中，共发射了两枚生产型流星导弹对付视距外目标，演示了导弹与战斗机的分离、数据链在飞机与导弹之间的链接功能，以及导弹锁定目标的能力。
高超声速篇6
关键词：超声检测 硬度 高铬铸铁 声速
中***分类号：TG143 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）10（c）-0052-02
材料的超声表征有两个涉及声传播的可测参量可以利用，及超声波在材料中的声速和衰减。速度漂移测量的是弹性模量的变化，适合于检测微观组织组分的变化量。材料的硬度与材料成分、组织、硬质相数量及分布有关，这些因素的变化可能影响超声波在材料中的传播速度。该试验研究目的在于建立超声波声速与硬度之间的关系。
众所周知，硬度是材料力学性能试验中使用最广泛的性能指标。高铬铸铁以其高硬度和高耐磨性而广泛应用于矿山机械、锻造机械及粉碎机械等。高铬铸铁的硬度是评价其力学性能和使用性能的重要指标，因此测量硬度是生产和使用高铬铸铁不可缺少的环节。通常用金相法测量硬度，是破坏性的。在高铬铸铁中存在分散的硬质相，使得测量点的硬度值很分散。用超声波评定高铬铸铁的硬度，是非破坏性的，而且评价结果是反映超声波传播路径上的平均硬度，比金相法测量多个点的硬度后再算平均值更为方便。
1 试验方法
1.1 水浸法超声试验原理
试验示意***如***1所示。以适当水层深度作延迟段进行水浸法测量是有利的，因为这种液体耦合剂可使探头和试样的耦合条件得以很好的确定，并使探头相对于试样的位置和取向得到严密的控制。可利用回波B和C（或D）。
待测试样纵波声速由式1计算可得
（1）
式中 为对比试块中的纵波速度。试验采用国标CSK―ⅠB试块，=5950 m/s；
、为对比试块和待测试样两底面反射波之间的距离；
、为对比试块和待测试样厚度；
、为在对比试块和试样上测零点距离试件所用的往返声程次数。试验中采用B、D回波，=3-1=2
试验步骤如下：
（1）确认测量所用探头的声场特性（指向性、声束对称性等）是良好的；
（2）根据声束已知的对比试块及待测试样厚度，调整仪器时间基线的测量范围、扫描延迟、测量范围微调，使对比试块一次、二次、……底反射（回波B、C、……）能以相同的间距出现在基建基线的线性段上。所用的反射波的次数以一次、二次、三次底反射（B、C、D）以相同的间距占据线性段即可；考虑到声束指向性及试样尺寸（侧壁）的可能造成的影响，更多次反射也并不总是有力的。
（3）在B、C、D回波波形正常情况下在超声波检测仪上读出B回波和D回波之间距离。
（4）保持仪器调整、水层厚度等不变，在待测试样上测量，设所得两点之间的距离为A2。
（5）待测试样纵波声速Ci2可由（1）式计算求出。
1.2 超声检测仪器及探头选择
试验使用PXUT―27型全数字智能超声波探伤仪。
探头为水浸平晶片探头，超声波发射频率2.5 MHz。
1.3 高铬铸铁试样制备
试验用的试样是为矿山采掘机截齿研制的铸造合金，经熔炼浇铸而成的，成分为高铬铸铁。采用不同的热处理（淬火+回火）工艺，获得不同的硬度。试样尺寸为Φ2.0×120 mm。
1.4 高铬铸铁试样硬度测试
由于高铬铸铁硬度较高，应采用洛氏硬度（HRC）进行硬度试验。用洛氏硬度计测得每组试样HRC。为了保证测试精度，每个试样测试面至少选择3个点进行硬度测试求出平均硬度值。
2 试验结果
2.1 高铬铸铁试样硬度测定结果
试样经不同的热处理工艺处理后，其硬度测试结果见表1。
2.2 高铬铸铁试样中超声波声速计算结果
超声波在试样中传播速度检测结果见表2。
2.3 高铬铸铁硬度与超声波声速之间的关系
对2.1和2.2测定的数据进行回归分析，可以建立高铬铸铁硬度与超声波声速之间的关系如***2。***2中的为实测值，直线为经过回归分析而得到的。直线数学解析式如下：
y=kx+b （2）
式中：k=0.033，b=-140.571
由***2可以看出，高铬铸铁硬度与超声波在其内传播声速之间存在对应关系，即随着硬度增大，声速增大。
试样在不同的热处理工艺处理后，其内部晶格结构、相组成及碳化物的析出等变化有所不同，这些因素都可能影响超声波传播的速度，并且是综合影响的结果。
3 结论
（1）超声波在高铬铸铁中传播的纵波声速与硬度存在大致正比关系；（2）高铬铸铁硬度的超声无损表征反映的是其微观组织的变化；（3）高铬铸铁超声无损表征的是声波传播路径上的平均硬度值；（4）在超声无损检测和硬度之间的关系是由破坏性试验得出来的，但对于同种成分的材料可以利用这个关系进行硬度指标的无损评价；（5）材料的某些力学性能指标可以用超声无损表征，但对于不同材料、不同的力学性能指标的表征，必须通过试验建立对应关系。
参考文献
[1] 李佳伟，陈积懋.无损检测手册[M].北京：机械工业出版社，2000：224-226.
高超声速篇7
主题词：超声波;天然气;流速
Abstract: In the natural gas project, the general to used the time ultrasonic flowmeter. Noise, the fluid flow pattern and gas the temperament are the impact of factors to measure the ultrasonic flowmeter. Ultrasonic flowmeter should be noted that the correct selection and reasonable installation. Key words: ultrasonic; natural gas; velocity
中***分类号：O657.5文献标识码： A 文章编号：
1引言
超声波流量计用于流体的流速测量有许多优点。和传统的机械式流量仪表、电磁式流量仪表相比，超声波流量计的计量精度高、对管径的适应性强、非接触流体、使用方便、易于数字化管理等等。近年来，由于电子技术的发展，电子元气件的成本大幅度下降，使得超声波流量仪表的制造成本大大降低，超声波流量计也开始普及起来。
超声波流量计有多种分类方法，根绝测量原理的不同，可以分为多普勒式和时差式。
多普勒式一般用于测量含有适量能反射超声波信号的颗粒或气泡的流体，如工厂排放液、未处理的污水、杂志含量稳定的工厂过程液等。它对被测介质要求比较苛刻，即不能是洁净水，同时杂技含量要相对稳定，才可以正常测量，而且不同厂家的仪表性能及对被测厂家的要求也不一样。选择此类超声波流量计即要对被测介质心中有数，也要对所选用的超声波流量计的性能、精度和对被测介质的要求有深入的了解。一般适用于液体环境。
天然气工程中，一般采用时差式超声波流量计。
时差式超声波流量计的原理
时差式超声波流量计其工作原理如***1所示。他是利用一对超声波换能器相向交替（或同时）收发超声波，通过观测超声波在介质中的顺溜和逆流传播时间差来间接测量流体的流速，在通过流速来计算流量的一种间接测量方法。
***1 时差法超声波流量测量原理示意***
***1中有两个超声波换能器：顺流换能器和逆流换能器，两只换能器分别安装在流体管线的两侧并相距一定距离，管线的内直径为D，超声波行走的路径长度为L,超声波顺流时间为td,逆流时间为tu,超声波的传播方向与流体的流动方向加角为θ。由于流体流动的原因，是超声波顺流传播L长度的距离所用的时间比逆流传播所用的时间短，其时间差可用下式表示：
其中：c是超声波在非流动介质中的声速，V是流体介质的流动速度，tu和td之间的差为：
式中X是两个换能器在管线方向上的间距。
为了简化，我们假设，流体的流速和超声波在介质中的速度相比是个小量。即：
上式可简化为：
也就是流体的流速为：
由此可见，流体的流速与超声波顺流和逆流传播的时间差成正比。
流量Q可以表示为：
气体超声波流量计的测量影响因素
（1）噪声对气体超声波流量计准确度影响。来自被测介质内部的噪声可能会对气体超声波流量计的测量准确度带来不利的影响。噪声的来源主要有环境噪声和气流经过没有全开的阀门时节流的噪声。采用气体超声波流量计上游阀门节流控制流量大小时，节流的声音随着流量的增大而增大，气体超声波流量计与标准孔板流量计的相对误差也逐步增大，气体超声波流量计的流量低于标准孔板流量计流量。当上游阀门全开，用下游阀门控制流量大小的时候，气体超声波流量计的信噪比较大且基本保持不变。
（2）流态对气体超声波流量计的影响。气体超声波流量计上游直管段最少为10D，下游直管段至少为5D，以保证进入流量计的天然气流态是对称的充分发展的紊流速度分布。根据测量管径及精度要求的不同，超声波一般分两声道、四声道、八声道集中模式。一般沿管道横截面由上到下平行分布四个声道：A声道、B声道、C声道、D声道。气体超声波流量计通过对各个声道测得的流速进行加权平均得到管道中气体的平均流速。
当上游阀门节流时，随着流量的增大，天然气在管道中的流速分布越来越不均匀，反应在超声波A、D声道的流速大于B、C通道的流速。随着流量的增大管道内气体的流速由凸形分布逐渐变成凹形分布，即沿管壁的气体流速由低于管道中心气体流速变成高于管道中心气体流速。当上游阀门全开时，没有对气流产生阻挡，随着流量的增大，管道内气体的流速分布变化不大，始终保持正常分布，符合标准规定的流态。当天然气经过没有完全开启的闸阀时，天然气由于阀门闸板的阻挡产生与管道中心轴不对称的旋转气流，经过发展成为漩涡流。
（3）气质对气体超声波流量计的影响。天然气中的凝液和粉尘对气体超声波流量计的工作性能有影响。凝液或粉尘在气体超声波流量计最底部的换能器和表体的结合处堆积，导致气体超声波流量计的工作不正常，影响流量计正常工作。多声道的气体超声波流量计能够在一个声道故障时根据其它声道测得的流量进行自动补偿运算，这个补偿过程使流量计的流量输出比正常时略有偏高。
气体超声波流量计应用中应注意的问题
气体超声波流量计测量天然气流量的实验数据表明气体超声波流量计的确有很多优点，但在使用中应该注意以下问题：
（1）正确选型。任何流量计有它自身的测量范围，气体超声波流量计测量范围很宽，一般说来最小流量和最大流量比为1：30，大口径流量计最大可以做到1：100。气体超声波流量计主要是利用测量天然气的流速来测量天然气的流量。其理想的工作流速范围为（2。7～27）m/s。所以，在进行气体超声波流量计的选型时应该充分考虑天然气在管道中的流速，避免出现超低限或超高限运行的情况。
选用气体超声波流量计作为计量装置时还应考虑是否存在声波干扰源，主要指能产生超声波信号的各种设备，如高速度、大差压的减压设备和消音设备等。安装气体超声波流量计的时候应该避开存在对流量计产生影响的声波的场合，亦可采取相应措施减小或消除噪声。
（2）合理的安装。气体超声波流量计上下游直管段应该满足要求，对于安装条件受测量现场限制的场合应该加装流动调整器。
气体超声波流量计安装方式应该水平安装。此外，在天然气含液较多的场合，气体超声波流量计及其计量管段的安装位置不应低于其上下游管道，使得天然气中凝析出来的液体能够随气流被带走，而不在气体超声波流量计处堆积，造成计量故障。对于含有大量固体粉尘的天然气应该在气体超声波流量计上游直管段外加装过滤器，否则气体超声波流量计会因为换能器表面沉积物的堆积出现故障。
结束语
气体超声波流量计作为计量性能优异的仪表，使用越来越广泛，而且技术更新很快，只有充分掌握气体超声波流量计的工作原理和性能，才能更好地了解它，使用它，让它更好地服务于天然气计量。
参考文献
[1]廖志敏，熊珊.超声波流量计的研究和应用.管道技术与设备，2004，（4）：12-14
高超声速篇8
关键词：临近空间；高超声速；飞行器
中***分类号：E917 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）19-0027-03
1 概述
近年来，以美国为主的世界航天大国对临近空间的关注逐渐升温，临近空间飞行器设计研制中的关键技术超燃冲压发动机技术、乘波体结构设计技术、耐高温材料制造技术均取得了较大进展，这为进一步开展实用性临近空间飞行器的研制铺平了道路。因此，美国、俄罗斯、欧洲各国及以色列等具有雄厚工业基础的国家均积极地参与到临近空间飞行器相关技术的研究之中，其中美国投入的经费最多，取得的成果也最大，并持续性地进行了一系列相关的验证试验。
临近空间（Near Space）又称“近空间”、“近地空间”或“空天过渡区”等。临近空间通常是指20～100km的高空，低于20km的空域是传统航空器的主要运行空间，高于100km的空域是航天器的运行空间。由于临近空间的大器密度稀薄，常规的飞行器无法到达这一高度。因此，临近空间便成了相对对立的“真空”层。
临近空间飞行器（Near Space Vehicle）是指可在临近空间长期飞行的大气飞行器，目前应用较多的分类方法有两种：一是按照临近空间飞行器产生升力的原理，分为轻于空气的临近空间飞行器和重于空气的临近空间飞行器：二是按照飞行速度分为低速临近空间飞行器和高速临近空间飞行器。由于轻于大气的、低速的临近空间飞行器的发展前景尚不明确，且其本身不能为未来飞行器的发展带来***性的变化，因此，本文重点介绍飞行器本身重于空气，而采用超高速飞行以获得升力的高速/超高速临近空间飞行器。
2 临近空间高超声速飞行器主要进展
20世纪50年代初，美国人费里提出超声速燃烧理论，20世纪50年代到90年代中期，美国先后开展了SCRAM、HREP、ASALM、NASP等多项高超声速研究计划，企***一步到位，跨过单一技术的演示验证，直接研制高超声速飞行器。但这一发展计划没有充分认识到超声速超燃烧理论在工程应用中的巨大难度，因而研制计划遭遇了空前的失败。曾有专家形象地将实现该理论的超燃冲压发动机的工作环境比喻为“在12级台风中点燃一根火柴”，可见其工程化工作的艰巨性。在认识到这一问题后，美国逐步调整了其研制计划，使各项技术得以在不同的阶段进行验证，这一措施使临近空间飞行器的研究进入了稳步发展的
阶段。
2.1 FALCON计划
FALCON（“猎鹰”）计划原打算研制3种高超声速飞行器，即HTV-1、HTV-2、HTV-3X，其中HTV-1用于验证CAV的技术，HTV-2用于验证ECAV的技术。HTV-3X（“黑燕”）飞行器是一种可从传统跑道上起飞、以马赫数为6的速度巡航、飞回，并在跑道上着陆的试验机，用于验证HCV的技术。2008年9月，由于国会将HTV-3X项目的经费预算大幅度削减，DARPA决定暂停“黑燕”项目。2010年4月22日，HTV-2由美国运载火箭“米诺陶-4”从位于加州的范登堡空***基地8号发射台发射，执行首次亚轨道飞行任务。
2.2 高超声速飞行（HyFly）计划
以高超声速导弹为背景的高超声速飞行（HyFly）计划，2002年2月，由美国DAEPA和ONR联合建立，目标是发展Ma=6的高超声速巡航导弹。
2.3 高超声速技术（HyTech）计划
美国空***的HyTech计划，其近期目标是将碳氢绕聊双模态超燃冲压发动机应用于Ma=4～8的高超声速导弹，远期目标是研制Ma=8～10的高超声速飞行器。
2.4 X-51A计划
X-51A（高超声速巡航导弹演示验证项目）是由美国空***和DARPA联合执行的高超声速巡航导弹演示验证项目。
3 典型临近空间高超声速飞行器分析
3.1 X-51A
X-51A项目是从美空***研究实验室“超燃冲压发动机验证机―驭波者”计划逐渐发展而来的，X-51A飞行器最大的特点就是采用先进的乘波体结构，这一结构可以利用飞行器进行超声速飞行时，机体前缘与空气挤压产生的激波产生巨大的升力，使飞行器能够在稀薄的临近空间大气层中持续飞行，这一现象就如同在海上程浪潜行的冲浪者一样。根据已公开的资料，X-51A验证机的长度为4.26m，采用标准的镍合金制造，空重约635kg。为其提供能量的超燃冲压发动机可以依靠自身装载的固体火箭燃料，连续提供200秒以上的强大推力。在目前已经开展的试验中，X-51A计划由大型B-52轰炸机携带并爬升到12000m的高空后释放，其后由助推火箭将其加速至超声速状态并继续上升，直至进入邻近空间，随之超燃冲压发动机开始工作使X-51A进入并保持5马赫以上的高超声速飞行状态。这一速度已远远超过目前所有在大气环境中运行的各类飞
行器。
3.2 HTV-2
HTV-2是第二代“猎鹰”高超声速飞行器（Falcon Hypersonic Technology Vehicle 2，HTV-2）的简称，美国***高级研究计划局为了推动不同用途的高超声速飞行器的研究工作，先后启动了HTV-1、HTV-2和HTV-3X项目。这当中HTV-1、HTV-3X由于预算缩减与技术难度过大而被取消，HTV-2成为HTV系列项目中硕果仅存的研究项目。
HTV-2与X-51A最大的区别就是HTV-2为无动力滑翔飞行器，其有效设计载荷可达5000kg。在飞行的初始阶段，HTV-2采用“牛头怪IV型”火箭作为助推器，直至爬升至亚轨道空间后，HTV-2飞行器与助推火箭分离，进入受控再入滑翔飞行阶段，其再入速度可达20马赫以上。一方面，这一速度以远远超过目前所有已知空天防御手段的拦截能力，因此拦截处于高超声速飞行阶段的HTV-2飞行器几乎成为了“不可能完成的任务”；另一方面，如此高的速度所带来的动能冲击可以穿透世界上绝大多数地下掩体的保护层。由于其***事上的无限潜能，HTV-2虽然遭遇了多次试验失败，但美国空***依然对其给予了充分的支持与耐心，并制定了进一步的研制、试验计划，不断推动HTV-2项目走向成熟。其技术成果正使美国“全球1小时快速打击计划”成为可能。
3.3 AHW
美国陆***也在开发常规全球快速打击（CPGS）技术，并推出了AHW（Advanced Hypersonic Weapon）“先进超声速武器”计划，即陆***超声速滑翔武器。该项目作为CPGS工作的一部分，与HTV-2一样，也需利用超声速滑翔器来投递常规有效载荷，不同的是其设计射程比HTV-2短。AHW在设计中采用基于带翼的圆锥型设计而非基于HTV-2的翼型设计。在接近目标时，AHW可作快速机动以改变飞行轨迹，避免飞越第三国上空，且可凭借精确制导系统命中地面固定目标。虽然AHW计划是美国陆***为与美国空***争夺临近空间飞行器话语权而快速推出的武器项目，其研究周期也短于HTV系列高超声速飞行器，但却在最近的一次飞行试验中取得了突破性成功。2011年11月17日，美国陆***太空与导弹防御司令部和陆***战略司令部进行了先进高超声速武器（AHW）的首次飞行试验。该AHW由一个三级助推系统发射，并成功进入所需的飞行轨迹，AHW以一种非弹道导弹滑行轨迹进行高超声速飞行，击中里根实验场的预定目标。此次测试目的是收集远距离大气飞行中高超声速助推滑翔技术和性能测试数据，侧重于空气动力学性能、制导和控制以及热防护技术。
***3 AHW概念***
4 结语
临近空间高超声速飞行器具有显著的***用价值，但同时其技术成果也可应用于民用领域。可以预见，临近空间飞行器技术的发展将如同20世纪飞机的出现一样，不仅能改变现代战争的攻守平衡，对世界各国家的安全战略产生重大影响；而且其转化技术也能为商业空天快速输送、民运高速客运等新兴领域提供全新的技术解决方案，使“地球村”的概念进一步演变为“地球小屋”。
正是有了对临近空间技术的远景预期，美国近年投入了大量的资金与人力，开展了不同类型临近空间飞行器的试验项目，其技术成熟度已逐步达到工程应用阶段。可以说，谁掌握了临近空间飞行器的核心技术，谁就掌握了新的空天领域的主导权。因此，我国高新技术企业也应紧盯临近空间飞行器设计中的关键技术，在现有基础上制定中长期技术发展规划，大力发展临近空间高超声速飞行器技术，为我国临近空间飞行器的研制奠定坚实的基础。
参考文献
[1] 景晓龙，张建伟，黄树彩.临近空间发展现状与关键技术研究[J].航天制造技术，2011，（4）.
[2] 黄伟，罗世彬，王振国.临近空间高超声速飞行器关键技术及展望[J].宇航学报，31（5）.
[3] Doug Richardson，X-51A WaveRider flies under B-52 wing，Jane's Missiles & Rockets，05-Jan-2010.
高超声速篇9
一、超声波的特性及其在提取中的应用
超声波是弹性媒质中的一种机械波，频率高于20000Hz，一般人是听不见超声波的。理论研究表明，在振幅相同的情况下，一个物体振动的能量跟振动频率的二次方成正比．超声波在介质中传播时，介质质点振动的频率很高，因而能量很大。超声波有两个特点，一个是能量大，一个是沿直线传播，它的应用就是按照这两个特点展开的．通常将超声与媒质相互作用的机制分为机械（力学)机制、热学机制和空化机制。
1.超声波的机械机制与应用
超声波机械机制是指超声波在媒质中传播，使媒质质点进入振动状态，描述这种状态的物理量是振动位移、速度、加速度和声压等参量。如果超声对媒质的作用与这些物理量有关，我们把这种产生效应的机制称为机械机制。超声波在介质传播过程中，引起介质质点的交替压缩和伸张，质点的振动位移、速度变化不大，但加速度却相当大。以水为例，频率为20kHz，声强为1W/ cm2的声波在水中传播时，最大质点速度和位移分别是0.115m/s和0.93×10-6m，但最大加速度却达到了1.44×104m/s2。如此大的加速度，能显著地增大溶剂进入提取物细胞的渗透性，加强传质过程，从而提高了提取效率。
超声波机械破碎过程是一个物理过程， 浸提过程中无化学反应, 被浸提的生物活性物质在短时间内保持不变， 生物活性不减，同时提高了破碎速度，缩短了破碎时间，可极大地提高提取效率。低强度超声不仅可使细胞周围形成微流,还可使动植物细胞产生胞内环流,从而提高了细胞膜和细胞壁的通透性。超声增加膜的通透性可由下面实验论证：盐溶液中离子透过玻璃纸膜到蒸馏水的通过率为5%,如在其扩散的方向加以超声作用则可达到100%。这种变化同时还说明，超声作用无需通过破坏膜或提高介质温度也可加大传质过程。这是超声强化从动植物细胞中萃取出酶的主要机理。
2.超声波的热学机制与应用
热学机制是指超声波在媒质内传播时，其能量不断地被媒质吸收而变成热能，从而使媒质的自身温度升高。如果超声吸热对媒质产生某种效应，我们把产生该效应的机制称为热学机制。
超声波在介质中传播时，介质质点周期性的紧缩形成温度增高中心，从而使介质温度升高。介质经超声作用，单位体积(平面波波束内)产生的热能可通过公式Q=αIt计算得到(α:介质声强吸收系数，I:超声波声强,t:时间)。介质温度的提高有利于提高有效成分的提取率。
3.超声波的空化机制与应用
超声场中提取溶剂内含气体及微小的杂质，在超声产生的压力波作用下，媒质中分子的平均距离随着分子的振动而变化，当对液体施加足够的负压时，分子间距离超过保持液体作用的临界分子间距，就会形成空穴，一旦空穴形成，它将一直增长至负声压达到极大值，但是在相继而来的声波正压向内这些空穴又将被压缩，其结果是一些空化泡将进入持续振荡，而另外一些将完全崩溃。Flynn把空化分为瞬态空化(指声强度大于10W/cm2时产生的生存周期较短的空化泡)和稳态空化(指在声强度较低时产生的空化泡，其大小在其平衡尺寸附近振荡，生成周期达数个循环)液体内可同时产生上述两种空化作用。
超声强化萃取的最主要原因是由于超声波产生的空化效应。研究表明，瞬态空化崩溃时可形成高达5000K以上的局部热点，压力可达数百乃至上千个大气压。瞬态空化发生在较强的声强作用下，气(汽)泡在一个声波周期内迅速的生成、长大、压缩、崩溃。随着高压的释放，将在液体中形成强大的冲击波 或高速射流。在萃取中，这种强大的冲击流能够有效地减小、消除溶剂与水相之间的阻滞层，从而加大了传质速率。同时，冲击流对动植物细胞组织产生一种物理剪切力，使之变形、破裂，并释放出内含物，从而提供了一种新的非常特殊的物理环境，这大大加速了萃取过程。
二、超声提取的优越性
与传统的提取方法比较，超生提取不仅能使药材中的有效成分得以充分释出，还能使目标提取物的提取率提高、节省原料、能源，缩短生产周期，增加经济效益。若采用机械搅拌和超声循环强化提取,提取时间只有常规方法的几分之一到几十分之;小功能超声波即可破碎提取大量物料,一般均在室温下提取，无须大功率搅拌和耗费大量加热能源，单位物料处理量能耗较常规提取方法降低50％以上;由于提取温度低,最大限度保持了物料中原有的各种有效成份(特别是各种热敏性成份等),可达到提高药效，减少用量的目的。同时，由于提取时间短使提取产品中其它无用的杂组份含量减少,提高了提取产品品质,为后续分离纯化过程奠定了良好基础,可显著降低单一组份等其它高端产品的生产成本。
常规方法与超声提取两种方法所得到的有效成分进行薄层层析、红外光谱和核磁共振光谱的对比分析，两者所得到的***谱一致,说明超声提取不会改变有效成分的结构,并且缩短了提取时间，提高了提出率,从而为中草药成分的提取提供了一种快速、高产的新方法。
三、结束语
现代科技是促进企业发展的原动力，随着社会的发展，科技水平的提高，信息技术的推广，对企业的科学化程度要求越来越高，现代科技应用水平和现代的信息化程度成了企业发展的主要标志。
参考文献:
[1]冯若赵逸云李化茂王进:超声在生物技术中应用的研究进展,生物化学与生物物理进展,1994
高超声速篇10
关键词：光声成像，光声信号，耦合液
1 引言
光声层析成像技术是近年来发展的一种新型的无损伤的医学成像技术，它是用时变的光束照射吸收体膨胀而产生超声压，利用超声换能器在各个方向探测从吸收体中传播出来的光声压，通过相应的***像重建算法，可以重建出吸收体的光吸收分布。该方法结合了纯光学成像和纯声学成像的优点，可以得到高分辨率高对比度的重建***像。
为了进一步提高光声重建***像的质量，或者将光声层析成像推向临床应用研究，很多研究者提出了各种各样的光声信号采集与光声成像系统以及与之相适用的各种***像重建算法，或者报道了一些模拟生物样品或者活体组织功能的光声成像检测。
本文提出了利用与组织声速匹配的耦合液进行光声成像，并配置了几种适合于组织声速的超声耦合液：调节水温、调节盐水浓度、调节甘油溶度等。由研究表明，通过耦合液进行声速匹配后，重建***像的对比度和空间分辨率得到明显提高。。
2 理论分析
光声重建就是对光吸收的空间分布的反演。在空间某一位置接收到的光声压p(r,t)和光吸收系数的分布A(r)的关系可以表达为
（1）
其中是等压膨胀系数，c0是声速，cp为比热，I0为光强，r表示光声压的场点位置，表示光声源的位置，表示场点到源点的距离。由于探测器接收后的信号不是实际的光声信号p(r,t)，而是光声压和探测器的脉冲响应h(t)的卷积。。为了滤去探测器的脉冲响应，把光声压和脉冲响应信号都变换到频域处理，然后再逆变换得到：
（2）
其中和分别是探测器接收到的光声信号和探测器的脉冲响应的傅立叶变换，为截止频率，是滤波的窗函数。探测器的脉冲响应是通过聚焦透镜把弱激光聚焦到一块黑胶带上产生的光声信号，水听器在黑胶带后面接收到的光声信号作为探测器的脉冲响应信号。
光声信号在不同声速组织中会产生声的反射和折射，当光声信号从组织中以入射角为传播出组织时，其折射角与光声信号在组织中声速和耦合液中的声速有关，具体表达式如下：
（3）
式中λ1、λ2分别为超声波在组织和耦合液中的波长；、分别为超声波在组织和耦合液中的声速。当声速，则，即不存在声的折射。表1为超声在各种组织中传播声速。。
表1 各种组织的声速