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高超音速飞行四大关键技术亟待突破  

2014-03-03 08:36:40|  分类: 国际政治 |  标签: |举报 |字号 订阅

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高超音速飞行的飞行马赫数范围很宽,要跨越亚音速、跨音速、超音速3个阶段,才能进入高超音速阶段。当飞行器从稠密大气层冲向稀薄大气层时,空气密度的巨大变化给飞行器的设计带来很大困难。因此,超音速技术必须突破四大关键技术问题。

目前,各国发展高超音速技术主要选用超燃冲压发动机作为推进系统。高超音速空气在燃烧室中的滞留时间通常只有1.5毫秒,要在这样短的时间内将其压缩、增压,并与燃料在超音速流动状态下迅速、均匀、稳定、高效率地混合和燃烧是十分困难的。因此,需要对发动机尺寸、形状以及燃料种类、喷注器设计、燃烧机理进行综合性理论和试验研究。

超燃冲压发动机的另一个技术困难是飞行器必须达到一定的速度才能启动,这要有助推器提供初速才行。对于高超音速飞机、跨大气层飞行器和空天飞机而言,如何实现固体助推火箭与超燃冲压发动机的最佳组合也是一个很大的难题。

一体化设计技术主要是指通过飞行器与推进器两者相互作用而获得尽可能高的飞行器气动和推进性能、稳定性和控制特性的设计技术。飞行器机体和推进系统的一体化设计是关系到整个飞行器性能的关键。高超音速飞行器的工作马赫数范围越宽,这个问题越突出。推进系统在高超音速飞行器中的合理布局可以明显减小飞行器的阻力,使飞行器获得较高的升阻比。

高超音速空气动力学。当飞行器以高超音速飞行时,气动加热非常严重。当马赫数达到8时,飞行器的头部的温度将接近1800,其它部位的温度也将在600以上,能使附近的气体分解和电离,形成相当复杂的混合气体。这使高超音速气流的研究成为非常复杂的问题,必须综合利用计算液体力学、风洞试验和飞行试验等手段解决真实飞行环境下的气动力及热特性问题。目前,各国正深入研究与高超音速空气动力学相关的基础理论、建模计算验证手段。

结构材料技术。高超音速飞行器通常要求尽可能地减轻结构重量,并克服气动加热问题。因此,长寿命、耐高温、抗腐蚀、高强度、低密度的结构材料对于研制高超音速飞行器是非常关键的。即使制造高超音速飞行器的飞行试验样机,也必须在材料与结构技术方面取得突破。如美国的X37B高超音速飞行器,头部采用钨,机翼前缘与垂直面使用碳/碳复合材料,飞行器的外表面还覆盖耐热瓷瓦。

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