高超聲速流動是指流體的流動速度顯著高于聲速的一種流動狀態。
研究簡史
高超聲速流動的理論研究始于20世紀40年代后期，由中國學者錢學森和郭永懷對高超聲速相似律的研究開啟。60年代中期，高超聲速流動無粘近似理論得到了蓬勃發展。高超聲速粘性流動理論是在一般邊界層理論的基礎上，結合了激波與邊界層相互干擾、邊界層傳熱傳質、化學反應、燒蝕等特性發展起來的。這些理論是在研究和制造高速飛行器的過程中逐漸建立起來的。高超聲速流動數值研究自50年代后期興起，在無粘流復雜流場計算和粘性流計算（包括有化學物理變化和燒蝕的數值研究）方面均取得了重要進展。
特點
高超聲速流動因其高馬赫數和大能量而具備多種重要特點。其流動圖像因飛行器的不同外形而異，鈍頭體高超聲速繞流前有強烈的弓形激波，激波前為未擾動的氣流，激波層薄且與物面之間形成高旋度流動，物體身后形成高超聲速尾跡，流場內還有其他類型的內部激波或膨脹波。鈍頭細長體繞流流場更加復雜，激波緊貼物面，外形細長，靠近物面處為熵層，激波和熵層之間為一般高超聲速流動。熵層為一很薄的剪切層，迅速被邊界層吞沒，在實驗中難以識別。
流體動力特點和物理化學特點
高超聲速流動具有流體動力特點，如激波層薄、尖薄細長體繞流的小擾動特點、鈍頭體駐點附近流動的常密度近似特性等。這些特點為無粘流理論分析提供了簡化假設，但也帶來了超聲速流動所沒有的復雜性。在高超聲速流動中，即使在小擾動條件下，無粘流的運動方程也無法線性化，強激波后流場是非等熵流動，激波與邊界層相互干擾現象明顯。高速大能量氣流經激波強烈壓縮后滯留，或與物體表面產生劇烈摩擦，導致氣體溫度升至數千開爾文。高溫下氣體分子會受到激發，發生離解、電離、輻射等物理化學變化。物體表面在高溫下會發生材料燒蝕，形成復雜的多相流，出現嚴重的邊界層傳熱傳質現象。因此，氣體介質的熱力學特性、輸運特性、能量傳遞和轉換以及與物體間的相互作用變得極為復雜。盡管流體動力特點和物理化學特點可以分別研究，但兩者之間的相互作用至關重要。
研究內容
高超聲速流動的研究主要包括三個領域：
高超聲速無粘流動理論
這一領域的研究重點在于探索流動規律、流場參數以及飛行物體所受的作用力。相關的理論和方法包括高超聲速小擾動理論（包括相似律）、薄激波層理論、駐點流動解、激波膨脹波法、鈍頭細長體繞流和熵層理論、繞流流場數值解和牛頓撞擊理論等。
高超聲速粘性流動理論
此領域的研究涉及激波與邊界層之間的相互干擾、邊界層傳熱傳質、介質的物理化學變化引起的熱力學特性和輸運性質及其變化規律、燒蝕、非平衡流動、高超聲速尾跡等。物理化學變化通常只影響局部流場，但在極端情況下可能會起到控制流場的作用。
高超聲速流動的實驗研究
通過使用高超聲速風洞、激波管、電弧加熱器等實驗裝置來研究流動規律、流動介質的變化以及氣體與物體間的相互作用。此外，對于重返大氣層物體進入高空稀薄大氣層時的流動問題，需要用稀薄空氣動力學方法研究。而對于具有高溫特點的高超聲速流動，則需要用高溫氣體動力學方法研究。
參考文獻
W.D. 海斯、R.F. 普洛布斯坦著，嚴宗毅、孫菽芬譯：《高超音速流理論》，第一卷，科學出版社，北京，1979。（W.D. Hayes and R.F. Probstein, Hypersonic Flow Theory, Vol. 1, Academic Press, New York, 1959.）
參考資料 >
氣體動力基礎-高超聲速流動的特殊問題.人人文庫.2024-11-20
篇外七、高超聲速典型外形牛頓法-知乎.知乎.2024-11-20
高超聲速空氣動力學|基本特征-知乎.知乎.2024-11-20