飞行速度超过声速3倍会遇到热障 导弹怕热么?

2019-11-13 12:06来源:科普中国-军事科技前沿

  出品:科普中国

  作者:葛志福

  策划:金赫

  监制:光明网科普事业部

  飞行速度超过声速3倍会遇到热障,导弹怕热么?

飞行速度超过声速3倍会遇到热障 导弹怕热么?

  我们知道当飞行速度超过声速的3倍时,就会遇到热障,飞行体表面温度会急剧上升。而通常我们的弹道导弹其飞行速度是远大于3Ma的,弹头高速再入时,气动加热仍会产生大量热量,使得弹头表面温度升高。因此,为了维持弹头再入飞行所必须具有的气动外形,减少质量损失,维护内部承力结构所必须具有的强度,保证内部装填物所需要的温度和压力,弹道导弹弹头外表面一般要设置防护层。

  从20世纪50年代开始研制导弹以来,热防护一直是导弹设计的关键课题,因为热防护对弹头总体性能影响较大,防热技术的突破甚至可以成为弹头更新换代的主要标志。

  作为弹头的防热结构,它要既能减少高温气流向壳体表面传递热量,又能吸收并消散空气对壳体传递的热量,同时还要尽可能少和慢地向壳体内部传递热量,确保装药或仪器在正常温度下工作。弹头防热技术中先后研究和发展了热沉式、辐射隔热式、烧蚀式、发汗冷却式及主动冷却式等防隔热措施。目前应用最广、效率最好的应该是烧蚀式,特别是对中远程导弹弹头,几乎无例外地使用烧蚀式热防护方法。烧蚀式防热烧蚀式防热是利用防热材料在受热条件下产生物理化学变化,通过消耗一部分质量(汽化、蒸发、升华、流失等),将大部分气动加热在表面耗掉。从近程弹道导弹到远程弹道导弹、飞船、返回式卫星以及低升力再入体均采用烧蚀防热,从长时间到几十秒时间、高气动加热率都能适用。

  随着材料技术的发展,我们也逐渐掌握了C/C、SiC/C等力热一体化材料,使得材料本体在2000℃的高温下依然能保持较强的力学性能,这样的话外部的防热层也就可以得以省略了,取而代之的则是对导弹内部关键部位、关键部件针对性地采取隔热处理或者主动冷却措施。一代材料,一代装备,新材料的发展将对我们导弹的整体减重、指标提升都有重大的意义。

  葛志福,北京机电工程总体设计部高级工程师,博士毕业于中国科学院大学,主要研究领域为工程力学,强度与防热等。

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