小火箭出品

　　本文作者：邢強博士

　　本系列共12269字，110圖。預計閱讀時間：1小時10分鐘。

　　本系列分爲7篇，本文是第5篇。

　　在2009年2017年的8年時間裏，高超聲速技術在每年3億美元到5億美元之間的專項經費的支持下，已經有了快速的發展。

　　超燃衝壓發動機的理論就是在這段時間裏得到發展和最終工程化的。

　　而如今，美國顯然是意識到了來自其他軍事強國的技術挑戰的巨大壓力，開始以每年近乎翻倍的速度來加大投入，試圖在高超聲速領域與其他國家形成新的代差。

　　在最新的2020財年，美國軍方對高超聲速飛行器的研製專項經費達到了26億美元！

　　相較於2019財年的13.4億美元，漲幅達94%！

　　飛行

　　我們知道，當飛行器飛到Ma 2.5以上的時候，氣動加熱的效應就比較明顯了。

　　而高超聲速飛行器的飛行速度超過Ma 5.0，氣動加熱效應就更加突出。

　　因此，需要專門的氣動計算或者試驗方法來進行驗證。

　　氣動計算在高超聲速領域是比較熱門的。

　　當然，直接使用別人的計算結果並不是小火箭的風格，我覺得還是自己算一下比較靠譜。而且目前能夠拿到的美國和蘇聯相關飛行器的溫度場圖像沒有結合流場的流線展示，不是很直觀。

　　小火箭用用小火箭計算中心計算了7天（算上前後處理，斷斷續續用了2個月的時間），終於得出了結果。現在在這裏分享給所有小火箭好友，希望大家能夠喜歡：

　　上圖和上上圖是小火箭計算的某型高超聲速飛行器再入大氣時的流場情況。我的結果是：機頭和機翼前緣的最高溫度爲1655℃。

　　現代防熱技術正在努力讓傳說中的伊卡洛斯的悲劇不再重演，但是飛行器再入大氣和高超聲速飛行器在飛行過程中的熱流是獲取高度和速度所必須付出的代價。

　　不過，目前人類對高超聲速狀態下的空氣的特性還沒有形成透徹的瞭解，建模難免會與大自然的實際情況出現偏差，於是，地面風洞試驗就出現了。

　　上圖爲某型飛船防熱系統地面試驗的場景。

　　上圖爲X-43A高超聲速飛行器的一個1：1全尺寸模型在美國蘭利國家空氣動力學中心進行地面風洞試驗的場景（肚皮朝上）。

　　另外，衝壓發動機也能夠在地面的風洞中進行點火測試。

　　但是，高超聲速飛行器是一類代表了人類工程技術水平的飛行器，其總體設計、材料、工藝、動力、結構、導航制導控制等是高度耦合的。

　　在地面試驗中，衝壓發動機能夠成功點火併實現持續工作，並不能保證未來在實際飛行中不會出問題。

　　衝壓發動機對進氣口流場有着非常嚴苛的要求。高超聲速飛行器的攻角和側滑角往往會受到發動機工作狀態的嚴格約束。

　　所以，固定在地面上，是很難真正積累飛行的高超聲速飛行器的工程經驗的。

　　也就是說，我們不僅要有地面的風洞，還要有可飛行的空中風洞。

　　整個高超聲速飛行器的研製和試驗過程，應該分爲：

　　計算機模擬、地面風洞試驗、空中自由飛行試驗

　　三個階段。

　　這些階段缺一不可，而且往往要並行和迭代進行。

　　蘇聯在研製高超聲速飛行器的時候，也經歷過這些階段。

　　在聯合了茹科夫斯基中央空氣流體動力研究院、巴拉諾夫中央發動機研究院、圖拉耶夫聯盟設計局、彩虹設計局等單位後，蘇聯建成了圖拉耶沃大型高空高速航空發動機試驗基地。

　　通過大量理論計算，蘇聯初步掌握了研製高超聲速飛行器的一個法門，那就是：

　　單純依靠理論計算，是搞不出高超聲速飛行器的。

　　於是，在茹科夫斯基空氣動力學中心，蘇聯建成了擁有轉速高達17000轉/分鐘的超級壓氣機的風洞。

　　隨後，他們又發現了同樣的問題：

　　高超聲速飛行器的動力系統和制導控制系統是高度耦合的。光在地面點火也還是不夠的。

　　研究高超聲速飛行器的最好方式，就是讓她到天上飛幾圈看看。

　　蘇聯的高超聲速飛行器研製團隊找遍蘇聯飛行器庫，最終鎖定了這麼一款科研設備：薩姆-5遠程地對空導彈。

　　這款導彈以4臺固體火箭助推器啓動，4秒後，助推器脫離，然後液體火箭發動機會將導彈加速到Ma 4以上的速度。

　　強大的動力系統賦予薩姆-5遠程防空導彈4萬米的射高和300公里的射程！當然，該導彈的設計師明顯對當時的半主動雷達導引頭的制導精度信心不足，所以乾脆就放置了一個重217公斤的彈頭！

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