Design and verification of a wide-speed-range morphing waverider based on curved shock theory

乘波体凭借其高升阻比和低热负荷特性被认为是高速飞行器最具潜力的气动布局之一. 然而, 传统固定构型的乘波体通常基于单点设计, 在偏离设计工况时气动性能显著下降, 难以满足宽速域、大空域飞行的实际需求. 因此, 变形乘波体设计逐渐发展为临近空间高速飞行器研究的前沿方向之一. 为应对这一挑战, 本文基于弯曲激波理论提出了一种新的变形乘波体设计方法, 在保持前缘形状不变与迎风面积恒定的约束下, 获得了具备宽域高升阻比特性的变形乘波飞行器. 数值模拟结果表明, 变形乘波体在宽速域内能保持良好的乘波特性和升阻特性; 变形乘波飞行器在马赫5到8范围内可实现近似等升力条件下的升阻比大于5.0, 在马赫8到20范围内可实现来流等动压条件下的升阻比大于4.1. 为进一步验证设计方法的可靠性, 在中国科学技术大学的KDJB330反射型激波风洞开展了马赫6条件下的试验研究, 结合平面激光粒子散射技术和动态压力传感器对乘波体的三维弯曲激波形状和壁面压力分布进行了测量, 试验结果与理论预测吻合良好. 综上, 本研究为宽速域飞行器的变体气动外形设计提供了新的思路和方法支撑.