讀者 潮起潮落 問:“東風”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,速度達到8馬赫時,飛行器的頭錐部位溫度可達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高超音速驗證飛行器的頭部采用鎢,機翼前緣和垂直安定面采用碳-碳復(fù)合材料,機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。高超音速推進系統(tǒng)由于存在極強的熱負載,需要燃料本身在循環(huán)過程中對許多部件承擔冷卻任務(wù),因此在機體設(shè)計中,使用了燃料供應(yīng)與冷卻系統(tǒng)設(shè)計一體化。專門的冷卻系統(tǒng),可以將燃料通過彈體壁毛細循環(huán),用低溫燃料冷卻彈翼前緣和彈頭擴展部位等發(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,保護艙內(nèi)儀器正常工作。在彈頭燒蝕嚴重的端頭部使用燒蝕散熱涂裝材料,當發(fā)生嚴重燒蝕時,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。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。當飛行器以高超音速飛行時,會產(chǎn)生很強的激波,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,形成相當復(fù)雜的混合氣體。因此需要優(yōu)化設(shè)計,減少激波,避免或減少駐點的形成。 ▲ 亮相2019年國慶閱兵70周年閱兵式的“東風”17導(dǎo)彈。 作為助推滑翔式的“東風”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。 |