中国学术期刊《气体物理》曝光最新一期学术成果,其中一篇名为《关于高超声速飞行器新热障的认知与探讨》的论文引起了外界的注意。
【关于高超声速飞行器新热障的认知与探讨论文】
因为在这篇论文中,中国的科学家首次披露了一种“耐烧蚀梯度轻质化防热材料”。它具备比现有材料更优秀的抗烧蚀性能与隔热性能,且能够在不影响内部设备与外界之间无线信号强度的情况下进行重复使用。
要知道高超音速武器之所以直到21世纪才逐渐为人们所熟知,并成为新一代尖端武器的代名词之一。主要原因就在于在高超音速概念提出的冷战时期,人类的材料学尚不足以支撑起这类武器的大规模生产与使用。
【飞行器模拟热障现象的红外影像资料,越亮的地方温度越高】
毕竟当飞行器的速度超过2.5马赫时,受激波、来流空气与飞行器表面摩擦等影响,飞行器就会遭遇“热障”,表面温度急剧升高。达到3马赫时,飞行器表面温度就足以达到370℃,虽然没到航空铝的熔点,但也足以让整个飞行器内部结构的强度大幅降低。此时面对巨大的空气阻力,整个飞行器随时会面临解体的风险。
这也是为什么美苏两国在建造黑鸟侦察机与米格-25/31截击机时,分别选择了钛合金与不锈钢作为主体结构材料的原因。因为这两种材料能够在数百摄氏度的热障下维持强度,确保机体不会解体。
【黑鸟侦察机的主要材料是航空钛合金】
当然,不锈钢也好、钛合金也罢,它们作为航空材料极限也就到此为止了。毕竟随着技术的发展,飞行器对于材料的需求不再只是耐高温,而是要在耐高温的同时确保内部设备的工作温度依旧维持在一个合适的水平。
这个要求听上去似乎很简单,但做起来却不容易。因为热障的温度并不恒定,而是会随着飞行速度的增加而增加。在3马赫时,钛合金与不锈钢配合热交换机等设备还能维持机体内部设备温度。
【有着飞行不锈钢之称的米格-25】
但如果再快一点,比如说达到5马赫的话,那么以冷战时期的标准就只有航天级材料能够满足这种需求了。这种高端材料拿去造核导弹或许还显得物超所值,但拿来造战术级的高超音速导弹以及飞行器的话,哪怕是彼时的美国也没财大气粗到这一步。
也因此,尽管当时的美苏两国分别装备了最大速度12马赫的潘兴2与最大速度20马赫的先锋弹道导弹。但这两型导弹都是“昂贵”的战术核武器,并非我们今天熟知的常规弹头高超音速导弹,并不具备大规模装备的条件。
【先锋弹道导弹与潘兴2弹道导弹】
除了材料本身需要用金钱换性能外,高超音速条件下的通信制导问题也一直困扰着冷战时期的科学家们。毕竟在“热障”之外还有“黑障”,而后者会对无线电信号的传输产生巨大影响。
尽管这一问题可以通过改良弹体外壳材料等方式来解决,但改良后的弹体又需要面对热障带来的烧蚀问题。二者互相影响,最终导致早期高超音速导弹只能在速度性能与可控性之间进行权衡。
美国方面会认为标准6与爱国者防空导弹具备拦截东风-17高超音速导弹的能力,就是因为在他们看来,东风-17再快也需要在末端减速制导,而这就将为他们的拦截创造窗口期。
【轰-6N发射空射东风-17导弹想象图】
好在此次披露的这个新材料有望解决这个问题,因为它不仅同时具备优秀的抗烧蚀与保温性能,还不会影响无线电信号的传输。
这意味着使用这种材料制成的高超音速导弹具备全飞行状态下的制导能力,即便不进行末端减速也可以实现较高的制导精度,有效降低敌方防空反导系统的拦截效率。
更重要的是,该型材料除了可以用来造高超音速导弹外,还可以用来制造高超音速飞行器。毕竟从论文中的表述来看,我们科学家研制这种材料的目的之一,就是为了让民用高超音速飞行器成为可能。尽管这一目标难以在短时间内实现,但在可见的未来,我们也确实有可能看见使用这种材料的军用飞行器,就比如说用来设计无侦-8的后继机型。
【珠海航展上的无侦-8侦察机】
因为解放军的无侦-8虽然也可以重复使用,但受制于机体材料与成本等因素,无侦-8可重复使用次数并不多,本质上还是一种低成本的消耗品。如果是在战时,这种设计配合庞大的出货量倒不是什么问题。但在和平时期,较低的使用次数与相对少的采购量会严重影响这型装备参加演习训练的频率。
因此,解放军有必要研制一种能够替代无侦-8的可复用高空高速无人侦察机,而这种全新材料的出现让我们在技术层面上有了展开这一项目的基础。
甚至于,在外界普遍认为无侦-8只具备3万米、3马赫的双3性能的情况下。使用了新材料的无人机有望进一步提高性能指标,达到让美军的防空系统望尘莫及的水平。
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