高超声速飞行对机体和发动机的特性匹配提出了更高的要求以兼顾飞行器的气动性能和吸气式发动机的推力性能。本文从数值计算的角度综述了国内外开展的前体/进气道、尾喷管/后体局部集成研究，以及集成发动机的整体性能评估与优化实践，针对一系列新颖的乘波体、进气道和尾喷管设计概念开展了重点介绍。总体而言，目前的一体化研究仍多侧重于局部结构和流场的集成优化，而对包括发动机在内全部件集成、全流场数值模拟开展得还较少。目前的飞/发一体化模拟中发动机内流模拟多采用简化降维模型，甚至仅将发动机作为一个气动部件忽略其燃烧热附加过程，而耦合高保真发动机反应内流模拟的飞/发一体化研究尚处于起步阶段。随着计算机技术的进步，高解析度大涡模拟等数值手段有望被引入飞/发一体化内外流耦合模拟中，并在飞行器优化设计中发挥重要作用。 高超声速吸气式推进作为一种极具潜力的临近空间推进方式，近年来得到了广泛的关注。随着飞行速度的增加，飞行器的气动阻力急剧增加，可能会导致推阻失衡和升阻比下降，影响飞行器的加速和巡航性能。高超声速飞行要求兼顾飞行器的气动性能和吸气式发动机的推力性能，飞/发一体化集成是吸气式超声速飞行器的经典难题。为此，早在20世纪80年代，国内外开展了大量飞行器/发动机一体化（以下简称飞/发一体化）研究以优化升阻比和推阻比，实现飞行器机体气体性能与发动机推力性能的相互匹配。目前国内外高超声速飞行器一体化研究几乎都采用了数值模拟和试验验证相结合的方法。例如，由美国波音公司研制的X-51A 高超声速飞行器设计过程中采用CART3D 和OVERFLOW 软件进行了大量数值计算。近年来内外流耦合一体化模拟技术的发展使得飞/发整体寻优成为可能。从整体关联上看，一方面发动机结构的存在对飞行器气动特性有显著影响，另一方面飞行器外形也影响发动机的推力性能。吸气式高超声速飞行器将发动机集成到机体中不仅是提升飞行器整体气动性能的需求，也是基于超燃冲压发动机工作原理的设计。高超声速吸气式飞行器的绕体高速气流依次通过前体、进气道、燃烧室和尾喷管等部件，其中飞行器前体预压缩和后体外膨胀段分别起到了发动机进气道和尾喷管延伸的作用，因此发动机与机体轴线夹角、发动机进气道与前体 位置均会影响发动机性能。早期的F-104, F-16, SR-71，协和式飞机，B-70, B-1, B-58等超声速军/民用飞机均对进气口、尾喷管布局方面做了特殊设计以最大可能减少发动机与机体气流的相互干扰。例如马赫数为3+的SR-71侦察机采用具有带尖锥的混合压缩轴对称进气道，发动机单独安装在吊舱中并放置在大约50%的半翼展处，通过贯穿机翼设计将发动机/机翼干扰降至最低。
X-51A集成超燃冲压发动机
从局部关联上看，飞行器/发动机一体化设计主要体现为飞行器前体与发动机进气道的集成以及飞行器后体与发动机尾喷管的集成。进气道需要为发动机燃烧室提供满足工作要求的压缩气流，而其所需要的上游捕获气流不仅受到前体气动外形的影响，还会受到机体部件的干扰。前体预压缩效率和进气道出口流场品质还会随飞行条件的改变而变化，因此，前体气动外形与进气道的集成优化并非简单的单点优化。尾喷管的设计既要使燃烧室出口的高焓气流充分膨胀以产生最大推力，同时又要使得作用在后体下表面、垂直于飞行方向的升力不至于产生过大的俯仰力矩。喷管排气和外部流场之间发生的相互作用改变机体后端的压力分布、影响燃气膨胀程度，并与机体气流产生干扰作用，这些相互作用会增加飞行阻力、导致发动机推力损失和推力矢量方向偏转等不利影响。
从国内外已经开展的高超声速飞/发一体化集成实践来看，目前的一体化研究，既有机体/发动机的整体性能优化，也有局部集成的前体/进气道和尾喷管/后体性能优化。从优化的效果上来看，不仅整体目标性能有大幅提升而且单部件性能也通常有所提升，表明了一体化研究的重要应用价值。然而现有的飞/发一体化研究，限于当时的技术水平或原理认知，仍存在一定的提升空间。针对吸气式高超声速飞行器的特点，本文从计算模拟的角度介绍了国内外的飞/发一体化研究进展。
X-51A飞行器周围的瞬态流动结构
从国内外已经开展的高超声速飞/发一体化集成实践来看，目前的一体化研究，既有机体/发动机的整体性能优化，也有局部集成的前体/进气道和尾喷管/后体性能优化。从优化的效果上来看，不仅整体目标性能有大幅提升而且单部件性能也通常有所提升，表明了一体化研究的重要应用价值。然而现有的飞/发一体化研究，或限于当时的技术水平或原理认知，仍存在一定的提升空间。针对吸气式高超声速飞行器的特点，本文从计算模拟的角度介绍了国内外的飞/发一体化研究进展，以为相关的研究人员提供参考。其中一些观点可能会引起争论，权当抛砖引玉，希望通过这些争论促进我国飞/发一体化研究发展。 
波音高超声速飞行器外形优化数值分析
在过去的六十年里，国内外的研究者从前体/进气道集成、机体/发动机集成、尾喷管/后体集成等几个方面开展了大量的高超声飞/发一体化设计研究。特别是近年来，一系列新颖的乘波体、进气道和尾喷管设计概念被提出，极大丰富了一体化设计理论。然而，目前的一体化研究仍多侧重于局部结构和流场的集成优化，而对包括发动机在内全部件集成、全流场数值模拟开展得还较少。限于计算代价的制约，目前的飞/发一体化模拟中发动机内流模拟多采用简化降维模型，甚至仅将发动机作为一个气动部件忽略其燃烧热附加过程，耦合高保真发动机反应内流模拟的飞/发一体化研究开展得仍然较少。飞/发一体化设计本质上是一个多学科多参数的数学寻优，其发展过程催生或促进了一系列多学科前沿交叉方向的进步，如遗传/进化算法、飞行器设计概念（双乘波体、全乘波体）、变几何复合柔性材料和高性能大规模计算技术，在促进基础理论进步的同时有望催生新的工程科学思想。 
