超声速双翼机
——一种可能的低声爆构型

刘荣健 白 鹏

(中国航天空气动力技术研究院，北京100074)

自1947年10月14日耶格尔驾驶贝尔X-1突破音障，实现第一次载人超声速飞行以来，超声速飞行技术已经取得了巨大成就。A-12/SR-71成为第一种以马赫数3巡航飞行的实用飞行器。2004年11月16日，X-43A试验飞行器首次实现了约马赫数10的吸气式巡航飞行，标志着吸气式高超声速飞行取得了重大进展。相比航天和军用航空领域，民用航空领域的超声速飞行一直处于进展缓慢的状态，两种实用的超声速客机图-144和协和在短暂的辉煌之后已经退出了历史舞台(图1，图2)。究其原因就是当前超声速飞机很差的燃油效率导致的高运营成本以及超声速飞行所带来的声爆两大问题没有得到解决。而这两个问题背后的主要因素都是超声速飞行时产生的强激波。如何减弱超声速巡航飞行时的激波一直是空气动力学家的努力方向。

图1 超声速客机

图2 协和与图-144

1935年，在罗马召开的第五届雅尔塔会议上，普朗特的弟子，德国空气动力学家布兹曼 (Busemann)[1]首次提出了超声速双翼机的概念 (图 3)。其基本思想为利用平行放置的两个机翼产生的波系对消，达到减弱或完全消除超声速飞行时产生的强激波，进而大幅减小激波阻力的目的。由于当时人类尚未实现超声速飞行，因此该论文没有得到太多关注。在超声速飞行的早期，一些著名空气动力学家对这一概念进行了初步的理论研究和实验验证。由于超声速双翼机构型具有更小的阻力、更弱的声爆，进而具有更好的经济性和环境友好性，因此有望成为未来超声速运输机的可用形式。……