| 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。 ▲ 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。 ▲ 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。 ▲ 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。 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。 |
