比较空气动力学与弹道飞行：能效分析与升阻比影响

本文探讨了"气动与弹道飞行"的深入对比，主要聚焦在空气动力学和弹道飞行在能量效率方面的差异。作者首先比较了在特定高度，空气动力学水平飞行与在同一高度起降的弹道飞行的能效。他们发现，对于较短于地球半径的飞行，当升阻比L/D大于2时，空气动力学飞行更为节能，尤其是在弹道飞行中不考虑空气阻力的情况下。如果考虑到空气阻力，较小的升阻比也足以让弹道飞行具有竞争力。 文章进一步展示了对于地球单次环绕飞行，当L/D大于4π时，空气动力学飞行比在最低高度的圆形轨道弹道太空飞行更节能。引入了"重力标尺高度"的概念，这是一个有助于理解这种能效差别的辅助工具。对于多次绕地球的飞行，即使是最低高度的圆形轨道弹道太空飞行，由于其在太空中空气阻力极小，仍然比空气动力学飞行更有效率。 作者区分了飞行本身的能效和提供动力的发动机能效，深入分析了空气密度如何影响空气动力学水平飞行，特别是在低密度、高空环境下的情况。同时，文中还提供了阻力和升力的简化视角，并特别针对地球和火星的大气层进行了计算，以及与气球飞行的对比。在高海拔太空飞行中，由于空气阻力的显著减小，太空飞行相对于空气动力学飞行的能效优势更为显著。 本文通过对各种飞行模式的详尽分析，揭示了不同飞行条件下能量效率的关键因素，并为优化未来航天任务的设计提供了有价值的理论依据。这项研究发表在《开放流体动力学杂志》(OpenJournalofFluidDynamics)上，2019年第九期，为行业研究者提供了深入理解气动与弹道飞行性能的参考资料。