攻角下高速弹头气动热的数值研究(3)
斧”式巡航导弹被击落，近期美国针对 ISIS 的空袭行动中也有“战斧”式巡航
导弹被敌方防空炮火击毁的消息报道。而如果使用高超声速弹箭，目前世界范围
内的防御体系并无很好的办法在弹箭形成杀伤之前对其进行摧毁；当弹箭以高超
音速飞行时，其由于高速运动而所具有的巨大动能可对钢筋混凝土造成数十米深
的侵彻深度，对于位于地下深处的指挥中枢、军事基地等坚固目标有着很强大的
杀伤能力。基于这些优势，弹箭高动能毁伤是当今军事领域的研究热点之一，新
一代高速弹箭的研制对于保障我国国防能力，缩小与美、俄在军事工业上的差距，
保障军事力量的平衡有重要意义。
高速弹箭的技术非常先进，适用面非常广泛，从高速飞行的炮弹、导弹到航
天探测器如火箭、航天飞机再到如今引起广泛议论和关注的空天飞机，都需要相
关技术作为支撑，针对其的研发设计也都面临着非常多的技术难题需要去攻克，
如火箭发动机的推进技术、高能量密度的固体燃料技术、特种材料、特种加工技
术、热防护技术等等。长久以来的实践证明，处于军事工业及航天工业研究前沿
领域的这些关键技术在未来转化为民用技术的潜力是无比巨大的，美国“阿波罗”
计划先后有 4000 余项高科技专利、科技向民用转移，带动了美国整个高科技工
业的发展与繁荣，有分析称，惠普、IBM、高通、Sun、AT&T 和微软等美国商业
公司的大发展很重要一部分原因都是从“阿波罗”计划的技术转移中获得了利益。现在美国领先于世界的生物、 新材料、信息等高科技技术相当一部分来自于对“阿
波罗”工程技术的消化和再开发。通过对相关领域一系列精尖技术的攻关，取得
的成果不仅会对国家民族的发展起促进作用，更是会对全人类的进步做出贡献。
大气层内飞行器以高超音速飞行时，其自身因受到空气的极大阻力而减速，
飞行器前方的空气因受到剧烈压缩而出现高温，边界层内大量气流损失的动能转
化为热能，边界层温度急剧上升并对飞行器表面进行传热，使得飞行器表面温度
急剧上升，产生极高的驻点温度[1]
。2003年美国“哥伦比亚”号航天飞机在返回大
气层时发生解体，事后调查分析原因就是一块泡沫材料在航天飞机发射升空时从
外部燃料箱上脱落，撞上了左翼的隔热瓦使其形成了一个细小孔洞，当“哥伦比
亚”号再入大气层时大于 3000 摄氏度的超高温气流从孔洞处冲入机体最终导致
了“哥伦比亚”号的高空解体。这场航天史上的惨痛悲剧从反面说明了对预测飞行
器气动热环境的研究及据此开放相应的热防护系统的重要性。
高速弹头的气动热研究具有一定的普适意义，对高速弹头气动热的研究分析
方法及结果进而可以推广至对各类高速飞行器的气动热的分析中去，因此，空气
动力学中很重要的一个领域就是对高速弹头的气动热研究。
1.2 国内外研究现状
高速空气动力学获得学界的关注始于 1942 年德国进行 3V-2 火箭发射试验。
虽然是人类史上的第一枚大型液燃火箭，3V-2 火箭也拥有了在当时看来极高的
飞行速度（最大飞行速度可达 4.8 马赫） ，由此许多科学家开始关注并研究高超
音速气动特性的问题。我国著名空气动力学家钱学森在这时也开始关注高速流场
内的气动问题，他基于在加州理工学院喷气推进实验室的科研工作，于 1945 年
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