高超音速飞行:不只是常规空气动力效应

高超音速飞行领域与我们常见的空气动力学差别非常大,一般条件下气流不是产生升力就是产生阻力,但在超过音速后还会产生激波,这个激波会随着速度增加逐渐变得尖锐,因此当飞机还是平直翼时完全不适合超音速飞行或者强度需要加强到远超亚音速飞行的设计需求。

因此超音速飞行的机型机翼是梯形或者三角形,这些翼型可以推迟激波产生,甚至到了高超音速之后变成箭形,但这远远不够,因为激波会压缩前方的空气形成极端高温,比如像宇宙飞船返回地球时穿过大气层的激波加热的温度可达2000℃以上!

在如此极端的条件下飞行,空气分子在几千度的高温下激发,解离,化合甚至电离,这个环境绝不是计算机模拟所能达到的,大气成分非常复杂,而且高空空气稀薄,和稠密大气的高超音速是不同的条件,唯一的办法就是制造风洞复现环境。

高超音速风洞:大型风洞还是激波风洞?

在我国风洞研究的中期,也就是1985年左右,国外早已有大型超音速风洞,美国和苏联走的就是这个路子,马赫数(音速倍数)、高雷诺数(大致表现气流粘性的系数)、吹风时间几十秒级的超大型风洞,这种风洞耗电量极大,启动后甚至可能对整个城市的用电都产生影响。