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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