高超声速飞行器减阻新方法研究

以近空间远程机动飞行为背景，基于激光点火形成准静态流场的原理探索全新的高超声速飞行器减阻新方法。.提出控制准静态流场高温区形状和热力学参数的方法。研究高重频脉冲激光在空气中光学放电形成激波和激波合并机理，建立激光点火形成准静态流场的普适关系式，研究激波合并形成的准静态流场的演化规律和激光参数对准静态流场稳定性的影响规律。.利用准静态流场的特点，将其应用到高超声速飞行器的减阻问题中。研究准静态流场将飞行器前弓体激波演变为斜激波的机理，给出准静态流场对飞行器前弓体激波结构的作用规律，提出一种高超声速飞行器减阻新方法。研究激光参数与波阻衰减系数之间的关系，对于典型的高超声速飞行器优化激光参数范围，使减阻效果达到最好。.本项目研究的减阻新方法，不同于用空气锥方法，新方法对激光平均功率的要求为kW量级，比空气锥方法降低了4个量级，有很好的学科推动作用和和近空间应用前景。

近年来，各航天大国都在努力探索减小高超声速波阻的方法。本项目针对激光等离子体减小飞行器波阻的关键问题，开展了理论和数值研究，取得了预期的成果。主要研究内容及成果如下：. （1）对激光等离子体控制激波过程进行描述并建立数学模型，在此基础上建立了适合于描述激光等离子体减阻的数值模拟方法，并采用典型算例进行了程序验证；. （2）分析了激光能量与高超声速流场相互作用的流场演化规律和单脉冲激光减阻特性，数值模拟了高重频激光能量沉积减阻的典型过程，揭示了准静态波减阻的机理，高重频激光能量沉积在减阻的同时，还可以降低钝头体驻点压力和热流；. （3）提炼了能量的无量纲因子，解决了影响因素种类繁多、减阻性能变化复杂的问题，研究结论和规律性认识可用于激光参数的优化设计以及激光等离子体减阻适用的飞行高度和马赫数范围的设计。减阻性能的相似性规律为本项目的创新点之一；. （4）研究了不同构形的减阻性能，优化了构形设计，针对优选的截锥体构形，研究了激光能量和沉积位置对减阻性能的影响，得到了规律性认识。. 三年的项目研究达到了预期目标，充分证明了激光等离子体用于减小高超声速飞行器波阻的有效性。