[科普中国]-底部阻力

研究现状

底部阻力始终是飞行器设计师们一个非常关心的问题，几十年来，国内外研究工作者已发展了许多有效的减阻技术途径，如底部排气、收缩船尾后体、底部多级台阶等。其中底部排气法是一种有效而实用的减阻方法，其减阻比例较大，甚至可以在底部产生净推力。不需改变钝体的底部外形，实现简单是底部排气法的另外一个突出优点目前底部排气法在炮弹底部减阻领域得到了广泛应用，被用作一种重要的增程措施。

底部排气法的排气形式排气参数对改变超声速钝体底部流动结构以及底部压力起着决定性的作用，因而影响着其减阻性能。有文章对旋成体的底部排气法进行了研究，得到了一些非常有用的结论，但受当时计算能力和实验条件的限制，上述研究未能对底部排气的减阻机理开展深入的研究，且未对气流的排出方式、排气孔位置、排气孔孔径、排气孔的收敛或扩张角以及开孔率等因素开展系统的研究，因而难以为底部排气减阻的方案设计提供依据和理论指导为此有必要对底部排气减阻技术开展进一步的研究工作。

南京航空航天大学内流研究中心的谭慧俊采用数值模拟试验的方法较为系统地研究了气流的排出方式流量消耗率排气孔孔径、排气孔的收敛或扩张角等因素对底部阻力的影响，并将排气减阻的贡献分解为排气冲量和底部压强两部分进行了分机本文还首次将底部排气法应用于导弹上，结合一种具有常规气动布局的超声速导弹进行了底部排气方案设计，采用一种“底窝器”来提高进气道整流罩的底部压强，并进行了风洞实验验证。1

定义底部阻力是指飞机机体尾部因截尾而引起气流分离所形成的阻力。

STS前五次飞行中底部阻力的测定航天飞机(STS)前五次飞行测出的底部阻力特性与在风洞中预试结果的可比性是确定底部阻力的基础。

单纯化尾部设计装置飞行特性测定方法应该包括对底部阻力精确的估计。从风洞试验中对底部压力测量所确定的飞行特性估算精度取决于许多因素。其中主要的有支架结构、模型几何参数再现时的精度与尺寸。此外，对底部阻力影响大的还有从风洞壁上反射的激波、雷诺数与飞行数的差别以及相邻操纵面倾斜产生的相互影响。航天飞机前五次飞行中获得了独一无二的数据，使无干扰的宇航飞行器底部阻力的测量得以和风洞中的测量进行比较。

机载飞行实验仪器在从轨道返回阶段上为获取原始压力数据保证了频率为10Hz的传感器的应答。图1给出对应底部区域压力管的1,2状态，此处的1标志着包括4个机动轨道系统喷口的压力管。从低阈灵敏度绝对压力为10341千帕的宽带压力传感器来的信号变换成频率为1Hz的信号。这样可在时间上实现与最佳计算轨迹参数与控制机构偏离数据同步。有些测量忽略了控制测量设备引起的误差。其余的测量对按飞行终止和初始条件(着陆后跑道终点环境压力和轨道真空条件)计算的系统误差进行过修正。测出的压力转变为底部压力系数是利用了对应最佳轨迹参数的运动着的气流静动压力值在时间上的同步这一关系。图2给出典型底部压力系数值与马赫数关系，该值是在第一次(STS-1)飞行时获得的。以上的数据实际上与压管在底部的位置(包括在机动轨道系统中的位置)无关。而在马赫数大于1.5的两个系列的数据例外。

图3示出前五次飞行确定的联系坐标系中马赫数在0.3到4范围内的底部阻力系数。最低亚音速数据是在进入着陆减速到产生地球邻近效应时得到的。2