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观察:细品东风17的气动设计 两大关键技术甩美国HTV2一条街

2019-10-26 10:05 来源:观察者网

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  [文/观察者网专栏作者 晨枫]

  东风-17很厉害,是个地球人都知道了。但到底有多厉害,可能并不像想象的那样简单。

  东风-17是世界上第一种可投入实战的高超音速武器,但高超音速只是速度快,要达到这样的速度并不是难事,绑上足够的火箭发动机总是可以暴力达到高超音速的,难的是如何在这样的速度下依然保持精确控制,常规飞机和导弹设计的经验已经不管用了。这就像拖拉机和F1赛车都用方向盘一样,内中奥秘天差地远。

  毕竟只要高超音速就可以的话,装个够暴力的火箭就行……

  飞行体的速度超过音速时,飞行体对前方空气的压力产生激波,好像顶着看不见的锥形伞面前进一样。“伞面”之后则是低压区,气流速度大大降低,理论上降低到亚音速。在理论上,激波的密度无穷大。激波也是良好的导热体,而且激波“伞面”后的气流温度也大大降低,气动加热和导热通过激波进行,所以激波本身也是防热设计的关键部分。

  在速度达到M5-6以上后,这就是高超音速了,气动加热使得空气的热力学性质与气动性质交互作用,比如温度升高导致空气的密度和粘度变化,而本来就稀薄的高空空气密度使得空气分子之间的相互作用从连续介质向相互独立的粒子转化。这使得传统的仅仅考虑气动现象的飞行器设计不再管用,而需要围绕空气热动力学(aerothermodynamics)建立全新的理论和设计框架。

  这在过去是象牙塔尖的超级小众的冷门学科,只有纯而又纯的学术界和极少数从事空间飞行的人涉及,因此也在很长时间里停留在理论层面,或者是围绕项目就事论事。但高超音速的武器化使得这样的“手工操作”不再可行。中国从解决东风-21D机动再入和反航母开始,一发不可收拾,直接走到这一领域的世界前列。

  空气热动力学之前是一个很“小众”的领域,通常只有诸如行星探测器之类的航天器才用得到

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