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          “東風”17導彈在2000℃環境飛行,隔溫耐熱問題如何解決?

          2025-2-7 09:37| 發布者: jason7420 717 2

          摘要:   讀者 潮起潮落 問:“東風”17導彈在2000℃環境飛行,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 ...
            讀者 潮起潮落 問:“東風”17導彈在2000℃環境飛行,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、低密度的結構材料,對于高超音速飛行器非常關鍵。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。

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          ▲ X-43A飛行器。


            二是采用熱結構一體化設計。高超音速推進系統由于存在極強的熱負載,需要燃料本身在循環過程中對許多部件承擔冷卻任務,因此在機體設計中,使用了燃料供應與冷卻系統設計一體化。專門的冷卻系統,可以將燃料通過彈體壁毛細循環,用低溫燃料冷卻彈翼前緣和彈頭擴展部位等發熱的關鍵位置。液氫等低溫燃料和冷卻劑經過循環加熱后,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。在彈艙內壁增加隔熱材料,保護艙內儀器正常工作。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。

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          ▲ 美國NASA在運載火箭上采用了泡沫隔熱噴涂材料。


            四是優化氣動設計。高超音速飛行器通常要求盡可能地減輕結構重量,因此高超音速空氣動力/熱力學對其發展非常關鍵。當飛行器以高超音速飛行時,會產生很強的激波,激波與附面層之間產生相互干擾,在高超音速氣流駐點附近產生極高的溫度,能使附近的氣體分解和電離,形成相當復雜的混合氣體。因此需要優化設計,減少激波,避免或減少駐點的形成。

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          ▲ 亮相2019年國慶閱兵70周年閱兵式的“東風”17導彈。


            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,但在優化氣動設計和采用耐熱、隔熱材料方面顯然技術已經趨于成熟。

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            本文由《兵器知識》雜志社與科普中國·光明網軍事科技前沿聯合出品。


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