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东风17导弹在2000℃环境飞行,隔温耐热问题如何解决?

2020-03-26 15:08来源:科普中国-军事科技前沿

军事问答

  网友提问:

  东风17导弹在2000℃环境飞行,隔温耐热问题如何解决?

  专家解答:

  高超音速飞行器在大气中飞行,速度达到8马赫时,飞行器的头锥部位温度可达2000℃,其它部位的温度也将在600℃以上。为解决隔温耐热问题,这类武器在设计上通常采用以下方法。

  一是普遍采用耐热材料。长寿命、耐高温、抗腐蚀、高强度、低密度的结构材料,对于高超音速飞行器非常关键。例如,美国X-43高超音速验证飞行器的头部采用钨,机翼前缘和垂直安定面采用碳-碳复合材料,机翼采用哈氏钴铬钨镍合金,而且飞行器的外表面覆盖有耐热陶瓷瓦。

X-43A飞行器

▲ X-43A飞行器

  二是采用热结构一体化设计。高超音速推进系统由于存在极强的热负载,需要燃料本身在循环过程中对许多部件承担冷却任务,因此在机体设计中,使用了燃料供应与冷却系统设计一体化。专门的冷却系统,可以将燃料通过弹体壁毛细循环,用低温燃料冷却弹翼前缘和弹头扩展部位等发热的关键位置。液氢等低温燃料和冷却剂经过循环加热后,不但带走热量,还使自身温度上升,提高了燃烧效率。

  三是加装隔热和散热材料。在弹舱内壁增加隔热材料,保护舱内仪器正常工作。在弹头烧蚀严重的端头部使用烧蚀散热涂装材料,当发生严重烧蚀时,这些涂装材料能吸热融化,随气流烧蚀分离,带走大部分热量。

▲ 美国NASA在运载火箭上采用了泡沫隔热喷涂材料

▲ 美国NASA在运载火箭上采用了泡沫隔热喷涂材料

  四是优化气动设计。高超音速飞行器通常要求尽可能地减轻结构重量,因此高超音速空气动力/热力学对其发展非常关键。当飞行器以高超音速飞行时,会产生很强的激波,激波与附面层之间产生相互干扰,在高超音速气流驻点附近产生极高的温度,能使附近的气体分解和电离,形成相当复杂的混合气体。因此需要优化设计,减少激波,避免或减少驻点的形成。

亮相2019年国庆阅兵70周年阅兵式的“东风”17导弹。

▲ 亮相2019年国庆阅兵70周年阅兵式的“东风”17导弹。

  作为助推滑翔式的“东风”17高超音速弹头,虽然缺少专用的动力系统,但在优化气动设计和采用耐热、隔热材料方面显然技术已经趋于成熟。

  作者简介:

  李文盛:电子工程学士及军事学硕士,原总参某部高级工程师,从事军事信息与军事战略研究,以及远程作战问题研究,长期参加中国军控学会《年度国际军备控制与裁军报告》及中国国际问题研究所《全球核态势评估(年度)报告》的撰写,在军内外十余家刊物发表学术及军事科普论文400余篇,参与《俄罗新军事基本情况》、《美国未来作战系统》等多部论著撰写,主持或参加了多项国家及军队科研项目,获得军队科技进步奖多项,为核战略与核武器发展、作战使用专家,在防空与反导,以及常规远程作战方面也有较深研究。

  作者:李文盛

  策划:金赫

  监制:光明网科普事业部

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[责编:赵清建]

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