中国玩上高超音速2.0了,美国还在挣扎1.0

作者:晨枫老苑

本文转载自:晨枫老苑(ID:ChenFengLaoYuan)

南华早报报道,北京的中国航天空气动力研究院团队在《气相物理》杂志上发表论文,透露中国防热材料的最新进展,可在3000C高温下连续工作3000秒以上。

中国玩上高超音速2.0了,美国还在挣扎1.0

中国玩上高超音速2.0了,美国还在挣扎1.0

黄圈为传感器窗口

高温防热现在主要是用烧蚀材料,材料在高温下阴燃,气化中把大量热量带走。说简单点,这可以看成是固态到气态的蒸发。蒸发散热依然是最高效的,比传导、辐射要有效得多。但烧蚀一方面是消耗性的,另一方面烧蚀后表面不可能平整。对于宇宙飞船再入、弹道导弹再入来说,气动问题不大,时间也很短,用烧蚀材料顶一下也就过去了,这也是第一代高超音速飞行器的主要热防护技术。

烧蚀本身不复杂,但用在高超音速飞行器上,美国还是没有整明白,多次试验都是栽在这里。有可能是破坏了平滑气动表面,造成气动控制失败。在这个速度下,一旦翻滚,就是解体。

中国已经解决了这个问题,多种高超音速导弹已经进入实战状态。但中国在向第二阶段前进,最终可望实现可重复使用高超音速飞行器。这不仅对高超音速飞机是门槛技术,对航天飞机也有重大意义。美国航天飞机就是因为每次使用后要大量修复防热瓦而失去经济性,最后只得下马。

中国的新防热技术的细节当然是保密的,但不仅能承受高温,还能隔热,还能穿透电磁波,使得通信、探测问题得到解决。主动雷达或者激光制导的高超导弹,想想都刺激。在M5-10一级,黑障问题还不大;M20以上黑障就严重了,飞行器表面材料透波还不行,还得研究电磁波穿透等离子鞘体的问题。

中国现在的电磁波穿透测试已经到1650C了。

美国高超还在研制短时间飞行、一次性使用的导弹,而且只能打固定目标,谈不上雷达或者激光制导。中国已经部署可以打移动目标的高超导弹了,并且可以对拦截手段进行反制性机动。

中国正在研制的是可重复使用、远程长航时(相对于高超)的军用和民用高超飞行器。比如说,无侦-8只要把动力问题解决,立刻就是高超侦察机,而不止是火箭-滑翔侦察机。其他还能干什么用,那就开动想象力吧。

在高超飞行中,激波生热达到很高的温度,空气分子分解后,会与表面材料发生化学反应。所以高超的热防护是热力学、材料物理和材料化学的综合问题。这是绝对前沿,以前没人研究这样的问题,所以理论问题大堆,实际问题更多,需要的是在大量的实践中摸索。五角大楼宣称,中国一年里进行的高超试验比美国10年都多。没办法,没有美国高人指点,中国人只有苦干实干。哦,美国高人自己指点自己也不灵?这个事情就比较麻烦了。

航天气动院在文章里对具体技术当然语焉不详,但提到几个思路:

1、高度抛光,这能降低摩擦生热,但对形体本身造成的激波生热应该作用不大

2、在材料中渗入铌、钼、硼可以增加防热性能

3、通过导热把表面生热转化为推进能量、在喷射中带走

这些其实都是NASA在50-60年代研究再入问题时就琢磨过的,属于常识。既然这些思路离解决问题都有很大距离,放在文章里就是“正确的废话”。要走通,就是技术秘密了。但中国已经达到TRL8了。TRL是美国DARPA的技术成熟程度等级表,中国现在也用了。TRL9最高,是达到批量投产的成熟程度,TRL8为通过所有工程验证试验,而不只是实验室规模试验。也就是说,投产已经就绪。

好奇一下:美国耐高温技术很厉害,否则航空发动机就厉害不起来了。但在高超材料方面,又落后于中国,而中国航发似乎还没有超过美国。这是怎么回事?有可能航发材料耐高温的关键在于冷却技术,而高超材料没法冷却;但航发要耐久,高超又没有那么高的耐久需要。两国不同的技术路线导致差异。猜想而已,也是题外话。

重要的是:美国,吃灰吧。高超的灰香甜吗?不知道,微量的硼好像还有营养作用,多了好像有害健康?

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