解放軍的「航母殺手」是真貨還是吹牛?BBC解析「高超音速武器」的技術瓶頸與挑戰

2020-09-03 12:10

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BBC記者丹普西的報導說,高溫狀態導致等離子增加。錐形的飛彈在高速高溫條件下外表會均勻產生等離子層,但是帶翼類似飛鏢的流線體可能會避免在敏感天線部分外殼形成電離層。

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材料和衝擊波挑戰

2010年美國的B-52轟炸機在高空投擲了被稱為X-51A的超高音速飛行器,飛行器使用超燃衝壓發動機達到超高音速
2010年美國的B-52轟炸機在高空投擲了被稱為X-51A的超高音速飛行器,飛行器使用超燃衝壓發動機達到超高音速

高超音速飛行的難點還有許多,如化學離解和衝擊波。所謂化學離解就是在高溫高速條件下連接化合物的原子分散,這就令高超音速進氣發動機工作的化學原理更加複雜。

在2010年美國進行的試驗中,高空飛行的B-52轟炸機投擲了被稱為X-51A的高超音速飛行器,飛行器先使用火箭加速達到4.5馬赫的速度,然後主要啟動超燃衝壓發動機。空氣高速流入衝壓發動機的進氣道,發動機內部燃料燃燒後,加速的空氣向後噴出達到高超音速。

這意味著幾分鐘內進氣溫度達到攝氏1,000度。X-51A飛行器在高超音速的高溫狀態下飛行了5分鐘。丹普西報導說,五分鐘在長途飛行中並不算長,但是在克服高超音速飛行障礙中就是個了不起的成功。

據中國媒體報導,去年亮相的東風-17飛彈也使用了高燃衝壓發動機技術。

研發X-51A高超音速飛行器的航空噴氣公司(Aerojet Rocketdyne)是位於美國加利福尼亞的一個高度保密的公司。丹普西報導說,該公司的僱員在X-51A試驗過後7年才在匿名情況下發表意見,這足以說明高超音速技術的敏感和保密性質。

該公司的一個高超音速專家這樣描述X-51A:「飛行器真正熾熱的部分是形成衝擊波的頭部,所以那就是材料研究投入的所在。」

高超音速未來發展

X-51A的高超音速飛行器
X-51A的高超音速飛行器

英國反應發動機公司(Reaction Engines)正在研發一種被稱為「佩刀」的高超音速發動機。他們借鑒了美國1960年代X-15火箭飛機和航天飛機項目的經驗。該公司已經掌握了一種能夠讓航空發動機在超高音速吸入超高溫氣體而不出故障的技術。

反應發動機公司在美國業務的負責人迪塞爾(Adam Dissel)說,「佩刀」式發動機安裝了被稱為「前冷卻器」的部分,即發動機最先遇到高超音速高溫空氣的部分。

2019年10月反應發動機公司在美國科羅拉多的試驗場對「佩刀」發動機進行模擬高超音速空氣流速的嚴苛測試。他們把超音速航空發動機固定在地面,後面噴射出氣體進入「佩刀」發動機的進氣口。

這時候「佩刀」發動機的前冷裝置發揮作用,將冷卻劑通過導管高壓送入發動機系統,在發動機內部實現空氣和燃料混合。

這種發動機對材料要求十分複雜。航天飛機應對高溫高速的辦法是使用了一種燒蝕防熱復合材料製成的陶瓷瓦做外層保護,應付重返大氣層期間白熱化的環境。

除了抗燒蝕防熱復合材料,另外一種辦法是使用被稱為英高鎳合金(Inconel)的一種鎳合金應對象火山岩漿那樣熾熱的高溫氣流 。

迪塞爾說,反應發動機公司採納了英高鎳合金和冷卻渠道降溫技術。他認為複雜的熱處理系統加上英高鎳合金是未來高超音速發動機的發展方向。

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