小火箭出品

　　本文作者：邢强博士

　　本系列共12269字，110图。预计阅读时间：1小时10分钟。

　　本系列分为7篇，本文是第5篇。

　　在2009年2017年的8年时间里，高超声速技术在每年3亿美元到5亿美元之间的专项经费的支持下，已经有了快速的发展。

　　超燃冲压发动机的理论就是在这段时间里得到发展和最终工程化的。

　　而如今，美国显然是意识到了来自其他军事强国的技术挑战的巨大压力，开始以每年近乎翻倍的速度来加大投入，试图在高超声速领域与其他国家形成新的代差。

　　在最新的2020财年，美国军方对高超声速飞行器的研制专项经费达到了26亿美元！

　　相较于2019财年的13.4亿美元，涨幅达94%！

　　飞行

　　我们知道，当飞行器飞到Ma 2.5以上的时候，气动加热的效应就比较明显了。

　　而高超声速飞行器的飞行速度超过Ma 5.0，气动加热效应就更加突出。

　　因此，需要专门的气动计算或者试验方法来进行验证。

　　气动计算在高超声速领域是比较热门的。

　　当然，直接使用别人的计算结果并不是小火箭的风格，我觉得还是自己算一下比较靠谱。而且目前能够拿到的美国和苏联相关飞行器的温度场图像没有结合流场的流线展示，不是很直观。

　　小火箭用用小火箭计算中心计算了7天（算上前后处理，断断续续用了2个月的时间），终于得出了结果。现在在这里分享给所有小火箭好友，希望大家能够喜欢：

　　上图和上上图是小火箭计算的某型高超声速飞行器再入大气时的流场情况。我的结果是：机头和机翼前缘的最高温度为1655℃。

　　现代防热技术正在努力让传说中的伊卡洛斯的悲剧不再重演，但是飞行器再入大气和高超声速飞行器在飞行过程中的热流是获取高度和速度所必须付出的代价。

　　不过，目前人类对高超声速状态下的空气的特性还没有形成透彻的了解，建模难免会与大自然的实际情况出现偏差，于是，地面风洞试验就出现了。

　　上图为某型飞船防热系统地面试验的场景。

　　上图为X-43A高超声速飞行器的一个1：1全尺寸模型在美国兰利国家空气动力学中心进行地面风洞试验的场景（肚皮朝上）。

　　另外，冲压发动机也能够在地面的风洞中进行点火测试。

　　但是，高超声速飞行器是一类代表了人类工程技术水平的飞行器，其总体设计、材料、工艺、动力、结构、导航制导控制等是高度耦合的。

　　在地面试验中，冲压发动机能够成功点火并实现持续工作，并不能保证未来在实际飞行中不会出问题。

　　冲压发动机对进气口流场有着非常严苛的要求。高超声速飞行器的攻角和侧滑角往往会受到发动机工作状态的严格约束。

　　所以，固定在地面上，是很难真正积累飞行的高超声速飞行器的工程经验的。

　　也就是说，我们不仅要有地面的风洞，还要有可飞行的空中风洞。

　　整个高超声速飞行器的研制和试验过程，应该分为：

　　计算机模拟、地面风洞试验、空中自由飞行试验

　　三个阶段。

　　这些阶段缺一不可，而且往往要并行和迭代进行。

　　苏联在研制高超声速飞行器的时候，也经历过这些阶段。

　　在联合了茹科夫斯基中央空气流体动力研究院、巴拉诺夫中央发动机研究院、图拉耶夫联盟设计局、彩虹设计局等单位后，苏联建成了图拉耶沃大型高空高速航空发动机试验基地。

　　通过大量理论计算，苏联初步掌握了研制高超声速飞行器的一个法门，那就是：

　　单纯依靠理论计算，是搞不出高超声速飞行器的。

　　于是，在茹科夫斯基空气动力学中心，苏联建成了拥有转速高达17000转/分钟的超级压气机的风洞。

　　随后，他们又发现了同样的问题：

　　高超声速飞行器的动力系统和制导控制系统是高度耦合的。光在地面点火也还是不够的。

　　研究高超声速飞行器的最好方式，就是让她到天上飞几圈看看。

　　苏联的高超声速飞行器研制团队找遍苏联飞行器库，最终锁定了这么一款科研设备：萨姆-5远程地对空导弹。

　　这款导弹以4台固体火箭助推器启动，4秒后，助推器脱离，然后液体火箭发动机会将导弹加速到Ma 4以上的速度。

　　强大的动力系统赋予萨姆-5远程防空导弹4万米的射高和300公里的射程！当然，该导弹的设计师明显对当时的半主动雷达导引头的制导精度信心不足，所以干脆就放置了一个重217公斤的弹头！

　　版权声明：

　　本文是邢强博士原创文章，腾讯独家内容。欢迎朋友圈转发，引用部分内容请注明出处。

　　微信号：小火箭

　　微信ID：ixiaohuojian

　　欢迎 加入小火箭 ，进入航空航天大家庭！