冷 岩，张劲柏，钱战森，*

(1.中国航空工业空气动力研究院，沈阳 110034；2.高超声速气动力/热技术重点实验室，沈阳 110034；3.北京航空航天大学 航空科学与工程学院，北京 100191)

0 引言

自“协和号”首飞以来，声爆问题很大程度上决定了超声速客机能否进入商业运营及取得商业成功，因而成为了研制超声速民用飞机必须解决的关键难题[1-3]。特别地，针对起飞阶段不可避免的超声速加速过程和快速机动飞行时产生的聚焦声爆现象（如图1 所示[4]）的研究成为了研制新一代环保型超声速飞行器的重要课题。

图1 不同飞行状态下四种聚焦声爆示意图[4]Fig.1 Illustration of four types of caustics under supersonic flight operations[4]

只有在超声速巡航状态下地面声爆特征才是标准N 波。超声爆现象一般产生于飞机起飞后的超声速加速阶段或变马赫数状态下发生转弯、拉升等机动动作时，一般呈非对称U 型，其过压峰值通常是超声速巡航状态下产生的N 波的2～5 倍[5-6]。因此，量化焦散面上的聚焦声爆对超声速飞行器研制具有重要意义。经典理论在几何声学框架下开展声爆数值预测研究[7-8]，其中相位函数由射线路径决定，信号幅值由射线管面积决定，沿每条射线的非线性效应解释了压力信号从近场复杂激波/膨胀波系到地面简单N 波的变化。以焦散面为中心的超声爆区域射线管面积为零，导致几何声学方法在焦散面附近因奇异性而失效。

国外超声爆现象的研究历史悠久，试验测量主要是在20 世纪六七十年代。Haglund 和Kane 针对加速引起的聚焦声爆开展了详细研究[9-10]。……