技术
美国波音公司X-51A乘波者高超声速巡航导弹
X-43A采用的是乘波体方案
CFD计算模拟X-43A达到7Ma时的流场
一段时期以来，关于高超声速飞行器的新闻频频占据媒体的醒目位置。听起来很炫的这个东西，到底是什么呢？
撰文/郭亮（中国科学院力学研究所）
所谓"高超声速飞行器"，是指飞行速度超过5倍声速的飞机、导弹、炮弹之类的有翼或无翼飞行器。
那么，这类飞行器有什么特殊，以至于要专门为它们取这样一个名字呢？要弄清楚这个问题，我们可能还得回过头去，从人类的飞行进化史中找寻答案。
永不满足的速度冲动
自从人类诞生以来，对于飞行的向往就从未间断。能够像鸟类一样自由自在地飞翔，成为了无数人的梦想。最初，人们模拟鸟类制作出人造翅膀，但后来逐渐发现这并不现实。
后来，人们逐渐了解到冷热空气的密度不同，可以产生浮力。1783年，法国的蒙哥尔费兄弟试飞成功了第一个热气球，搭载了一只公鸡、一只山羊和一只鸭子，升到518米高，8分钟后落在了3.2千米外的农田里。至于它的平均平飞速度，估计是24千米/小时。
此后，蒸汽机、内燃机等能够提供动力的机器相继问世，人们开始以此来解决热气球只能随风飘飞、无法控制飞行路线的问题。1852年，法国工程师吉法德在吊篮中装了一台蒸汽发动机，通过它来带动一套3叶螺旋桨，成功地试飞了软式飞艇。1890年，德国陆军中将齐柏林设计出了第一艘硬式飞艇，首次使用结构完整的骨架来保持气囊的外形。
1903年，美国的莱特兄弟驾驶着"飞行者一号"，进行了人类历史上的首次有动力、可操纵持续飞行试验，这标志着现代飞机的正式诞生。
在此之后，各种活塞式螺旋桨飞机不断出现，其性能迅速提升，在第二次世界大战后期，飞行速度已经可以达到650～750千米/小时。但是，活塞式螺旋桨存在着一个速度上限（785千米/小时），到达这个极限后便无法继续增加推力了。
后来，喷气式发动机的出现，使飞机的推力得到了进一步的提升，螺旋桨式飞机的速度上限由此被打破，声速（约1224千米/小时）成为了下一个需要被突破的目标。
当飞行器突破声障后，在它"听"来，整个世界都安静了，一切声音全被抛在了身后。
但是，在飞行器不断提高速度的无尽征途中，声障并不是惟一的拦路虎。在超声速飞机中广泛装备的传统的涡轮喷气式发动机，在大于3倍声速以后也无法继续工作。发动机无法继续工作，自然就无法赋予飞行器以更高的速度。所以，如何冲破高超声速的屏障，也就成了当今飞行器发展的重要课题。
令人震撼的高超声速飞行
对于在大气层内飞行速度达到5倍声速以上的飞行，我们通常称为"高超声速飞行"。在英文中，高超声速称为"hypersonic"，这个词是我国著名科学家钱学森先生在1945年首次提出的。同时，他还提出了用"第一级喷气式飞机搭载第二级火箭的两级式发射"的方式来实现高超声速飞行的概念。直到20世纪80年代，还有许多国家遵循这个思路进行相关的研究工作。
那么，"高超声速飞行"与我们印象中的"高速飞行"到底有什么不同，以至于需要一个专门的定义呢？
原来，"量变带来质变"，高超声速飞行并不仅仅是个单纯的技术和工程问题，也不仅仅是速度的简单增加，而意味着一系列后续问题的出现。
简单来说，这种飞行器从美国纽约飞到我国北京，还用不了2个小时。毋庸讳言，这么快的飞行器当然具有巨大的军事价值，可以说是战场上的"倚天剑"、"屠龙刀"，以它遥遥领先于其他大气层飞行器的速度，无论是进行突防、侦察还是扩展战场空间，都能轻松完成。此外，这种超高速飞行有着现在还难以估量的巨大经济前景。因此，对超高声速飞行的研究，已成为21世纪世界航空航天事业发展的一个主要方向。
高超声速，技艺高超
高超声速飞行器速度快、高度高、机动性能好，能够短时间内抵达全球任意一点，迅速打击远距离军事目标。在采用超燃冲压发动机（后文详细介绍）后，飞行不需要自带氧化剂，可以直接从大气中吸收氧气作为助燃剂。与传统的火箭式推进器相比，这样做不仅大大降低了飞行成本，还提高了有效载荷。
概括来说，高超声速的优势有三个。
首先是飞行速度快，2小时内可以打击全球任何目标。未来战争必将是高度信息化和高度智能化的战争，而空中打击力量的强弱将主要由飞行器的速度和高度来决定，在这方面，高超声速飞行优势明显。
其次是探测难度大、突防能力强。空中目标的运动速度，直接决定着它通过敌方防御体系作战空域的时间，高超声速飞行可有效缩短敌方的反应时间。由于通过时间短，防御雷达累积回波数量较少，不易被发现；即使被发现，地面防空武器系统也难以实现有效瞄准，因此突防概率极高。
第三是射程远、威力大。目前正在研究的高超声速导弹，其射程都在几百千米甚至几千千米以上。根据动能公式可知，物体的动能与其速度的平方成正比，因此在进行高超声速飞行时，它的动能非常之大。与传统的亚声速飞行器相比，在同样质量的情况下，其威力将增大很多。
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