具體到這種高超聲速飛行器的研制價值和應用前景[3]。高超聲速飛行器所具有的全球實時偵查、快速部署和遠程精確打擊能力，將改變未來戰爭的作戰樣式，對國家安全產生戰略性的影響。高超聲速飛行器還具有顯著的軍民兩用性，能為民用運輸和航天運載等領域提供全新的途徑，進而對社會進步及國民經濟產生帶動作用。

研制一種新型的飛行器首先要解決的問題之一就是推進系統。現今廣泛使用的飛機通常采用的是渦輪/渦扇噴氣式發動機[20]，這種發動機在馬赫數達到3以上后，比沖會明顯降低，一般這種發動機可以達到的最大速度都低于馬赫數4。早期的飛行器要求的馬赫數都比較低，因此在選擇推力裝置時只需采用渦輪噴氣發動機就可以滿足需要。而在馬赫數大于3以后，由于進氣溫度提高很大，渦輪噴氣發動機效率變差，這時就需要采用效率更高的發動機。隨著科技的不斷進步，當前正在使用中的各類飛行器的飛行速度以及飛行范圍已經不再滿足人們的需求，這就需要有更高速度的飛行器，也就是高超聲速飛行器的出現。然而，為了實現高超聲速飛行，首先必須要考慮的就是選擇合適的推進系統。在這之前研制出的火箭發動機已經能夠使飛行器達到高超聲速，但是，由于在大氣層內，以火箭發動機為動力實現高超聲速飛行必須攜帶全部的氧化劑與燃料混合燃燒，這樣就會大大增加推進系統和飛行器的質量，進而導致推進性能降低。盡管三組元燃燒[11]、塞式噴管[12]等技術不斷地用于性能改進，但火箭發動機的性能已經接近上限，改進空間不大。因此，這就需要研制一種更新型的推進系統以保證可持續高超聲速飛行（尤其是大氣層內），于是高超聲速吸氣式沖壓發動機應運而生。在更高的速度范圍內一般采用的是沖壓發動機和超燃沖壓發動機[9,10]。經過多年的研究和嘗試人們發現，通常在馬赫數為3～6之間時采用沖壓發動機可以得到比較高的比沖；而在馬赫數為6～14或以上時采用超燃沖壓發動機會比使用沖壓發動機時更有效率。與火箭發動機相比，超燃沖壓發動機具備了許多優點，這種高超聲速吸氣式發動機[13]可以直接利用空氣中的氧，因此不需要攜帶氧化劑，這樣就減少了飛行重量，大大降低了飛行成本。

沖壓式噴氣發動機在飛行過程中靠吸入空氣來完成工作。這種吸氣式發動機是通過對吸入的氣流進行壓縮，加熱后把燃燒時產生的熱能轉化成為有用功。常規沖壓發動機其燃燒室內的氣流為亞聲速，而超燃沖壓發動機[13,14]（Scramjet）燃燒室內的氣流為超聲速。超燃沖壓發動機作為吸氣式發動機和渦輪吸氣發動機一樣，飛行時靠吸入并充分利用空氣中的氧氣來完成工作，這樣就不需要再攜帶氧化劑，從而使有效載荷提高[21]，不僅減少了飛行成本，而且大大縮短了建造周期，而這些正是火箭發動機所不及的。按照目前的發展趨勢可以預見，以超聲速燃燒為核心技術的沖壓發動機技術，其應用背景主要是高超聲速巡航導彈、高超聲速飛機、空天飛機以及未來的以RBCC火箭基組合循環為動力的單級天地往返運輸系統，而最先得到應用的領域將是高超聲速巡航導彈。

在超燃沖壓發動機工作過程當中，氣流是以超音速流過燃燒室，因此氣流在燃燒室中的駐留時間非常短，這就對氣流和燃料的混合、點火、燃燒、防熱結構的設計以及控制等都提出了很高的要求。

在高超聲速飛行條件下，由于激波的損失、摩擦損失、附面層分離、激波與附面層干擾等因素的存在會導致飛行器阻力的顯著增加。超燃沖壓發動機在高超聲速飛行器中的合理布局可以明顯減小飛行器的阻力，使飛行器獲得較高的升阻比；同時，飛行器的外形、發動機在飛行器中的布局，對進入發動機氣流的流量大小、流場品質有重要影響，也影響到發動機出口氣流的膨脹，從而影響到發動機部件性能和總體性能，以及發動機的部件結構和總體結構。從發動機研究角度出發，推進/機體一體化主要研究：發動機在飛行器中的布局，發動機的進氣道性能受到飛行器前體的影響，利用前體預壓縮面增大進氣道的流量，同時克服其產生的附面層、摩擦損失、流場不均勻性等對發動機的不利影響；飛行器后體對發動機出口氣流膨脹的影響，即發動機尾噴管與飛行器后體相互匹配，控制氣流膨脹不足和過度，增大發動機推力和減小尾部底阻[2-4,29]。

實現超燃沖壓，要求進氣道為燃燒室提供足夠的壓升和溫升，同時燃燒室隔離段與擴張段的長度分配以及擴張角的大小，又將影響尾噴管的幾何參數與工作性能。從超燃沖壓發動機一體化設計的角度來看，進氣道、燃燒室和尾噴管的幾何參數與性能參數之間存在一定的相互耦合、相互影響的關系，并最終在總體上決定超燃沖壓發動機的工作性能。考慮在超燃沖壓發動機總體性能要求與飛行器總體尺寸參數約束的條件下，對進氣道、燃燒室和尾噴管進行一體化綜合設計。超燃沖壓發動機通常利用飛行器機身的前體作為進氣道的一部分來預壓縮來留空氣，利用機身后體作為尾噴管的擴張面，從而極大的減小了發動機的迎風面積、外阻力和重量[51]。

高超聲速技術[4,5,6]，尤其是以吸氣式發動機作為推力元件的飛行器，它的設計是需要多種前沿技術的支持才能實現的。吸氣式高超聲速飛行器的飛行馬赫數范圍很寬，要跨越亞聲速、跨聲速、超聲速、高超聲速4個階段；要從稠密大氣層沖向稀薄大氣層，空氣密度變化也很大。這些都給飛行器的設計帶來很大的困難，必須攻克高超聲速飛行器機體/推進系統一體化設計、高超聲速空氣動力/熱力學、結構材料等關鍵技術。可以這么說，高超聲速技術是航空航天各項前沿技術的結合點。而該技術本身就涉及了許多學科，是諸多前沿技術的集合。高超聲速技術具有很強的前瞻性、戰略型和帶動性，它

空間技術，武器系統的構建乃至整個科學技術的進步都的發展對未來軍事發展戰略[7,8]，

會產生重大的影響。

當然，到目前為止，超燃沖壓發動機技術的發展并不是很成熟，尚處于試驗階段，而且它有一定的使用范圍，不同的飛行速度下需要采用不同形式的吸氣式發動機。鑒于現今高超聲速飛行器所能提供的推力凈增益并不樂觀。為了保證飛行器具有足夠的推力以及持續的續航能力，這就需要從推進系統的設計角度對推進系統的各個部件進行精心 

吸氣式高超聲速飛行器設計中的一些概念研究；的設計和匹配；研究成功與否的關鍵，并且隨著飛行器工作馬赫數越高；為此，本文將對飛行器與推進系統一體化問題進行研究；然而只對推進系統進行優化是不夠的，同時還需要飛行器與推進系統從根本上實現一體化，對高超聲速飛行器進行飛行器機體/推進系統的一體化（Propulsion Airframe Integration, PAI）設計。所謂一體化設計技術是指通過飛行器和推進系統的相互作用，獲得盡可能高的氣動性能、推進性能、穩定性和控制特性[15]。一體化設計的主要優點在于它充分利用了機體和推進系統之間的相互作用，其前體作為進氣道的預壓縮面有效的降低了發動機的尺寸和重量，后體作為推進系統的噴管外膨脹段極大減小了發動機的迎風面積，降低了阻力，同時機體與推進系統共用壁面，減少了飛行器的濕潤面積，有利于飛行器熱結構的設計。一體化技術的實現直接決定了整個高超聲速飛行器穩定、安全以及高效的飛行特性，因而飛行器機體/推進系統一體化設計是高超聲速飛行器

研究成功與否的關鍵，并且隨著飛行器工作馬赫數越高、范圍越寬，這個問題越突出[15]。