擁有絕密先進設備,我國高超聲速武器進展飛快,美俄急起直追

武器 空軍 武器裝備 軍事 我是蝌蚪在線 2018-12-06

目前,我國高超音速武器進度優於美俄的主要原因,就是因為中國擁有世界上先進的高超音速飛行器研究設備。這些設備通過模擬還原高超音速飛行器的飛行環境,來了解飛行器在層流和湍流中的具體反應。軍事專家表示,大量研究表明,如果飛行器表面流動一直保持為層流,可以節省能量的消耗,提高飛機性能和飛行效率。在航空發動機的燃燒室中,則恰恰相反,需要流動迅速湍流化,才能使得燃料充分混合以提高燃燒效率。

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我國JF-12大型高超音速風洞系統

上圖:我國JF-12大型高超音速風洞系統,這是世界上最大和最先進的高超音速試驗設備。

因此,邊界層轉捩 (zhuǎn liè),也就是何時由層流過渡到湍流,對於航空航天飛行器具有非常重要的實用價值。軍事專家解釋到,層流和湍流,是自然界中廣泛存在的兩種不同流態。層流是空氣或液體有規律的分層流動,互不混合,可以有數學公式進行計算、預測。湍流是空氣或液體流動中有許多小漩渦,毫無規律,又稱亂流,目前還沒有一個大家公認的理想公式,是公認的世界未解難題之一。

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而對於高超音速飛行器而言,邊界層轉捩更為重要。高超音速飛行器前體如果大部分保持層流,就可以大大減小氣動加熱和阻力 ,可比完全為湍流時,有效載荷增加60%--70%。在高超聲速技術的基礎研究問題中,邊界層轉捩一直是一個公認的難題。

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早在2006年,美國空軍阿諾德工程發展中心(AEDC)與國防部辦公廳(OSD)在兩者聯合開展的《高速/高超聲速試驗與評估基礎設施能力研究》報告中指出,“邊界層轉捩現象在未來20年內能夠被精確模擬的概率非常低”。美國NASA和空軍研究實驗室(AFRL)還依託美國幾家高校成立了國家高超聲速層流-湍流轉捩研究中心(該中心為美國三大高超科學中心之一),專門開展邊界層轉捩控制的理論和試驗研究。

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實際上,從該中心2014年公開的總結報告表明,雖然目前已在高超聲速流動不穩定性及轉捩測量、轉捩機理研究及計算模型等方面取得了一系列研究進展,但仍然存在一些現象機理尚未研究透徹,仍然需要持續的資金技術支持和投入。

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為弄清高超音速飛行器邊界層轉捩問題,美國和澳大利亞科研人員耗資5400萬美元,2006年至2015年,曾多次在澳大利亞伍麥拉靶場進行飛行試驗。該項目代號為HIFiRE計劃(高超聲速國際飛行研究試驗),雖然成功進行了超燃衝壓發動機實驗,但是邊界層轉捩實驗並沒有完全成功。美國空軍決定在2017至2019年繼續在澳洲靶場進行高超聲速飛行器邊界層轉捩(BOLT)實驗。

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中國首款乘波體高超聲速飛行器飛行試驗成功

然而在美俄還在苦苦掙扎的同時,位於四川綿陽的中國空氣動力研究與發展中心,為解決我國高超音速飛行器邊界層轉捩這個空氣動力學基礎問題,在國家重點研發計劃“大科學裝置前沿研究”基金的支持下,在某衛星發射中心進行了某型航天器飛行試驗。試驗飛行器點火、離架、飛行正常,獲取了可供分析的測試數據。飛行器全程飛行穩定,防熱和承力結構無破壞,工作可靠,實現了圓錐邊界層的自然轉捩和強制轉捩,試驗取得圓滿成功,併成功回收飛行器殘骸和黑匣子,成為世界上唯一完成全飛行試驗的高超音速跨大氣層飛行器實驗,成為完全掌握高超音速飛行器轉捩特性研究的國家。

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