乘波体的乘波体是指利用空气动力学原理,通过设计特定形状和结构的飞行器,使其能够在高速飞行时利用空气压力波形成的升力,实现更高效的飞行。
所谓乘波体 (Waverider),是指一种外形是流线形, 其所有的前缘都具有附体激波的超音速或高超音速的飞行器。通俗的讲,乘波体飞行时其前缘平面与激波的上表面重合,就象骑在激波的波面上,依靠激波的压力产生升力,所以叫乘波体(Waverider)。
楔形流乘波体: 由二维平面楔绕流生成,外形呈“∧”形,其下部产生斜激波,导致气流参数变化,产生高升力。锥形流乘波体: 由绕圆锥流动形成,激波为圆锥形,超声速气流在锥形流场内形成高压区。倾斜锥或椭圆锥绕流乘波体: 非轴对称流场生成,解析解和数值解有差异,通常涉及轴对称流的扰动分析。
乘波体的概念最早由诺威勒在1959年提出,他设想通过构建三维流场来设计高超声速飞行器,其中以具有“Λ”型横截面的设计最为知名。马里兰大学的Rasmussen等人进一步研究了中锥形流场对乘波体的影响,发现其相较于二维设计,具有更大的容积率和更高的升阻比。
激波主要有两种类型:正激波,源自圆筒内活塞的加速;而斜激波,是超音速物体运动时的产物。这两种激波在经过时,都会遵循连续性、动量和能量守恒,同时也带来显著的阻力,尤其在斜激波前后的压强、密度和温度变化中表现得尤为明显。
乘波体的独特外形展现了显著的气动特性,特别是对于追求高超音速飞行的设备。它的首要特性是低阻,这得益于其前缘设计与激波同步,避免了常规外形中因激波产生的压差阻力。乘波体的上表面与激波共面,这意味着上表面的压强不会因激波而显著增加,从而减少了阻力。
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