乘波體設計理論與美國高超音速飛行器研製回顧(組圖)

年來高速氣體動力學方麵產生了一個新的理論，稱為乘波體設計理論。以前傳統的設計理論叫升力體理論。即氣流來的時候，翅膀下麵速度低，壓力高，上麵，速度高，壓力低。上下兩麵產生一個壓差，從而使飛機升起來了。乘波體是利用激波，波後的壓力要恢複，飛行體就像乘在激波上飛行，叫做乘波體飛行器。這種飛機外形看起來同正常的飛機不一樣，正常飛機的翼形上麵是曲麵，下麵是平直麵，而乘波體好像把機翼型翻過身來工作，肚子朝上飛行。乘波體飛行器不用機翼產生升力，而是靠壓縮升力和激波升力飛行，像水麵由快艇拖帶的滑水板一樣產生壓縮升力。超音速飛行形成的激波不僅是阻力的源泉，也是飛行器“踩”在激波的鋒麵背後“衝浪”的載體。馬赫數5以上工作的飛行器需要這種理論。

　　然而，亞軌道高超音速飛行器不僅有亞軌道高超音速飛行段，還有在低空低速起飛、著陸和機動的飛行段，氣動設計必須綜合考慮各方麵的要求。現在的航空航天技術還沒有解決這一問題，X-51A還是靠B-52攜帶升空，取得一定的速度和高度後再靠自身動力加速到亞軌道飛行的。航天飛機沒有完全實現水平起飛、水平著陸和加油後就可再次起飛的初衷，但在再入過程中的亞軌道高超音速機動飛行中獲得了珍貴的第一手經驗，使美國在這方麵領先於世界。

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在空氣動力學中，超高音速的（hypersonic，亦稱極音速）速度是指相當高的超音速速度。在1970年代，這個詞通常指的是5馬赫（5倍音速）或更高的速度。超高音速流態（hypersonic regime）是超音速流態的分支。

超音速氣流與亞音速氣流性質迥異。當一飛行器加速到超音速，路徑中幾乎所有的空氣特性劇烈地改變。不過盡管有如此明顯的界線，對於“超音速”的定義仍有一些爭議。其中一個定義是整架飛行器各部份速度皆在1馬赫或之上。更技術性地定義指出：整架飛行器周遭的所有氣流速度皆是超音速才能稱作是超音速，這樣的情形對尋常設計的飛行器來說，通常是出現在1.2馬赫上下。0.8到1.2馬赫的範圍因此稱作跨音速。

考慮到連超音速的簡單定義都有爭議，就不會對“定義超高音速是更加困難”這件事感到意外，因為成為“超高（音速）”並不會有任何氣流的物理性質改變。一般來說，在5馬赫附近，一些效應的組合整體來說變得重要。超高音速流態常定義為衝壓發動機（ramjet）無法產生淨推力的速度。這是一個模糊的定義，因為存在有一些改裝提議，使得噴氣發動機在這樣的速度範圍仍可操作（參見超音速衝壓發動機（Supersonic combustion ramjet, Scramjet））。

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X-20


X-33想象圖


在高空中高速飛行的X-37（電腦設計圖）


X-38


地麵測試中的X-40A



X-43A (Hyper - X) Mach 7 computational fluid dynamic

攜載X-43A的助推火箭與載機B-52脫離


X-43A從助推火箭上分離的想象圖


第一次進行投擲製導炸彈試驗的X-45A


X-51A