| 讀者 潮起潮落 問：“東風(fēng)”17導(dǎo)彈在2000℃環(huán)境飛行，隔溫耐熱問題如何解決？ 李文盛：高超音速飛行器在大氣中飛行，速度達(dá)到8馬赫時，飛行器的頭錐部位溫度可達(dá)2000℃，其它部位的溫度也將在600℃以上。為解決隔溫耐熱問題，這類武器在設(shè)計(jì)上通常采用以下方法。 一是普遍采用耐熱材料。長壽命、耐高溫、抗腐蝕、高強(qiáng)度、低密度的結(jié)構(gòu)材料，對于高超音速飛行器非常關(guān)鍵。例如，美國X-43高超音速驗(yàn)證飛行器的頭部采用鎢，機(jī)翼前緣和垂直安定面采用碳-碳復(fù)合材料，機(jī)翼采用哈氏鈷鉻鎢鎳合金，而且飛行器的外表面覆蓋有耐熱陶瓷瓦。 ▲ X-43A飛行器。 二是采用熱結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)。高超音速推進(jìn)系統(tǒng)由于存在極強(qiáng)的熱負(fù)載，需要燃料本身在循環(huán)過程中對許多部件承擔(dān)冷卻任務(wù)，因此在機(jī)體設(shè)計(jì)中，使用了燃料供應(yīng)與冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)一體化。專門的冷卻系統(tǒng)，可以將燃料通過彈體壁毛細(xì)循環(huán)，用低溫燃料冷卻彈翼前緣和彈頭擴(kuò)展部位等發(fā)熱的關(guān)鍵位置。液氫等低溫燃料和冷卻劑經(jīng)過循環(huán)加熱后，不但帶走熱量，還使自身溫度上升，提高了燃燒效率。 三是加裝隔熱和散熱材料。在彈艙內(nèi)壁增加隔熱材料，保護(hù)艙內(nèi)儀器正常工作。在彈頭燒蝕嚴(yán)重的端頭部使用燒蝕散熱涂裝材料，當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重?zé)g時，這些涂裝材料能吸熱融化，隨氣流燒蝕分離，帶走大部分熱量。 ▲ 美國NASA在運(yùn)載火箭上采用了泡沫隔熱噴涂材料。 四是優(yōu)化氣動設(shè)計(jì)。高超音速飛行器通常要求盡可能地減輕結(jié)構(gòu)重量，因此高超音速空氣動力/熱力學(xué)對其發(fā)展非常關(guān)鍵。當(dāng)飛行器以高超音速飛行時，會產(chǎn)生很強(qiáng)的激波，激波與附面層之間產(chǎn)生相互干擾，在高超音速氣流駐點(diǎn)附近產(chǎn)生極高的溫度，能使附近的氣體分解和電離，形成相當(dāng)復(fù)雜的混合氣體。因此需要優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少激波，避免或減少駐點(diǎn)的形成。 ▲ 亮相2019年國慶閱兵70周年閱兵式的“東風(fēng)”17導(dǎo)彈。 作為助推滑翔式的“東風(fēng)”17高超音速彈頭，雖然缺少專用的動力系統(tǒng)，但在優(yōu)化氣動設(shè)計(jì)和采用耐熱、隔熱材料方面顯然技術(shù)已經(jīng)趨于成熟。 本文由《兵器知識》雜志社與科普中國·光明網(wǎng)軍事科技前沿聯(lián)合出品。 |
