11.22 持續耕耘丨高超聲速，從理論到飛行：樂嘉陵院士研究論文選集

樂嘉陵院士，1954 年考入北京航空學院，1956 年進入空氣動力學專業，1964年研究生畢業後在北京空氣動力研究所工作，1971 年赴四川綿陽參加中國空氣動力研究與發展中心建設與相關研究至今。

樂嘉陵院士簡介

樂嘉陵，男，中國工程院院士，原中國人民 解放軍總裝備部科學技術委員會兼職委員、顧問，原總裝備部空氣動力學專業組長，中國空氣動力學學會副理事長。現任中國空氣動力研究與發展中心研究員，《實驗流體力學》雜誌主編。

樂嘉陵院士長期從事高超聲速地面試驗設備和試驗技術、彈頭突防氣動物理、運載火箭空氣動力、高超聲速推進與飛行器等領域的理論和試驗研究，是我國高超聲速空氣動力學、再入氣動物理、火箭空氣動力學和吸氣式高超聲速技術的學科帶頭人之一。近20 多年來領導了近百名中國空氣動力研究與發展中心（CARDC）吸氣式高超聲速技術研究人員組成的團隊，開展了高超聲速飛行器和超燃衝壓發動機關鍵技術研究，並取得重大突破，包括研製2.4 米口徑大型脈衝燃燒風洞，開展相應的飛行試驗研究，研製基於超級計算的超聲速燃燒流動三維大規模並行數值軟件及相應的試驗診斷研究，為我國吸氣式高超聲速技術及其戰略發展做出了重要貢獻。

樂嘉陵院士曾獲何梁何利基金科學與技術進步獎，國家科技進步獎二等獎1 項、三等獎1 項，軍隊科技進步獎一等獎7 項、二等獎7項，在國內外學術期刊和會議上發表論文310 餘篇。

樂嘉陵院士的主要研究領域為高超聲速空氣動力學，包括再入物理、各類脈衝設備、CFD 及相關測量，近20 餘年主要從事吸氣式高超聲速和超聲速燃燒研究等。本論文集共44 篇文章，分為三個部分，即高超聲速非平衡流動研究、激波與流動顯示研究和高超聲速技術研究，大致反映了不同時期樂嘉陵院士在中國空氣動力研究與發展中心關注的高超聲速領域取得的研究進展。

高超聲速非平衡流動是中國空氣動力研究與發展中心早期規劃的研究內容。20世紀60−70 年代美國阿波羅登月、蘇聯再入彈頭和人造衛星發射，以及國內外高超聲速熱障攻關與突破，大大推動了高超聲速空氣動力學和氣動物理的發展。我國在錢學森等的領導下亦制訂了高超聲速技術(包括探月返回再入輻射傳熱等)研究和人才發展規劃。1964 年左右我國就開始進行氣動物理研究，1970 年航空航天工業部和中國科學院力學研究所利用中國空氣動力研究與發展中心的激波管、電弧風洞等實驗裝置開展了實驗和理論研究，1980 年起，航空航天工業部開始組織氣動物理研究與交流。

激波與流動顯示研究部分，研究的是運動激波與(運動和靜止)物體間的相互作用，主要實驗工具是小尺寸光學激波管(40mm×40mm)。通過各類密度場測量與計算流動顯示(Computational Flow Imaging, CFI)對比，以驗證CFD 計算方法。樂嘉陵院士獨立發展的彩色干涉條紋技術對清晰判斷強激波前後的定量密度場發揮了重大作用。此外，這方面的研究亦為靶場安全評估發揮了作用。在分析1996 年2 月15 日發生的某火箭爆炸時，採用了一套經實驗驗證的數值軟件系統，及時評估了爆炸波在複雜山區1.5km 外對建築物的衝擊載荷和損毀效應。

高超聲速技術研究部分，選編了自1995 年以來在中國空氣動力研究與發展中心高超中心開展的燃燒空氣動力學研究工作。其中包括樂嘉陵院士根據當時中國國情提出的實施國家高超聲速飛行器計劃的馬赫數、航程和小型飛行器尺寸等建議，以及確定了機體/推進一體化研究的具體參數和所需風洞試驗參數。為開展這方面研究，樂嘉陵團隊做出了包括2.4 米噴管直徑在內的系列脈衝燃燒風洞研製及其在超燃發動機中應用等開創性工作。與傳統的連續式風洞進行燃燒試驗研究不同，首創建立的工作時間僅幾百毫秒的脈衝燃燒風洞，最大貢獻在於能以最經濟高效方式獲得從基礎到實際應用的結果，包括開展帶動力(液態煤油燃料)三維機體/推進一體化飛行器整體氣動性能及超燃發動機脈衝和連續風洞的對比試驗。通過長達十多年研究，最終獲得了國內外認可。此外，高超中心建立的計算工具AHL3D 是國內最早獨立開發用於燃燒流動的三維大規模並行數值模擬平臺，經過了兩相流和光學診斷(OH-PLIF、自發光高速攝影、差分干涉、陰影)和反應動力學的算例考核，在AHL3D 的基礎上發展了較完整的再生冷卻熱結構設計計算工具，已經為內流道熱環境研究和液態燃料再生冷卻通道設計發揮了重要作用。三維大規模並行數值軟件也用於了複雜構型複雜化學反應的單頭部航發燃燒室計算，並進行了實驗驗證，表明它可用於更復雜構型的計算與分析。

2002 年6 月，安縣曉壩鎮牛頭山下，初期建立的流量1kg/s 雙管式脈衝燃燒風洞，開展氫和液態碳氫燃料超聲速燃燒流動研究。

樂嘉陵院士和愛人(曹履暉)，2013年11月在酒泉觀看模型飛行試驗。

2017 年3 月，樂嘉陵院士領導團隊部分青年研究人員參加廈門高超聲速流動國際會議

樂嘉陵院士的最早培養一批博士生和初期吸氣式高超研究小組部分人員於2019年7月在綿陽CARDC會議中心錢學森塑像前合影留念。(前排左起)王蘭，賀偉，曾來榮，劉偉雄，樂嘉陵，曾學軍(1984年入學)，白菡塵，賀元元，趙慧勇。（後排左起）焦偉，倪鴻禮，董維中，李向東，王曉東，吳東昇，楊順華，賀旭照，邢建文。

再入物理(或氣動物理)和燃燒空氣動力學是高超聲速空氣動力學兩個重要的發展分支，亦是空氣動力學與物理化學學科進一步交叉與發展。雖然論文集中的內容僅僅涉及一小部分，但從學科和工程方面國內外正在從深度和廣度上發展。

最後需要說明的是，選編的論文是樂嘉陵院士和合作者(包括研究生)共同辛勤勞動和潛心研究的成果，這些成果的取得，得益於中國空氣動力研究與發展中心和上級機關各級領導的組織和推動。樂嘉陵院士在此向他們表示衷心感謝！

本文摘編自曾學軍等編《樂嘉陵院士研究論文選集》序言部分，略有編輯改動。

《樂嘉陵院士研究論文選集》

曾學軍，倪鴻禮，白菡塵，焦偉，張若凌 編

北京: 科學出版社，2019. 11

ISBN：978-7-03-059032-9

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內容簡介

本書選編了樂嘉陵院士及其研究團隊多年來在高超聲速空氣動力學方面具有代表性的論文，主要涉及高超聲速非平衡流動、激波與流動顯示和高超聲速技術等研究內容。前言簡要介紹了樂嘉陵院士及其帶領的團隊開展研究工作的情況。文集分為三個部分。第一部分主要是樂嘉陵院士在高超聲速非平衡流動方面發表的文章，這與中國空氣動力研究與發展中心早期規劃的研究內容相關。第二部分是激波與流動顯示研究論文，研究的是運動激波與(運動和靜止)物體間的相互作用。第三部分高超聲速技術研究論文，選編了自1995 年以來中國空氣動力研究與發展中心高超中心開展的燃燒空氣動力學研究工作。附錄是樂嘉陵院士於2017 年12 月前發表論文的統計。

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