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登錄高超音速飛行器的案例
我國超高速風洞預計2022年建成,天地往返飛行器高超音速飛行器曝光
8月22日消息,我國JF-22超高速風洞此前已進入現場安裝階段,并已通過專家組中期檢查。在央視報道中,出現了疑似中國新型天地往返飛行器和高超音速飛行器的影子。
風洞被譽為是飛行器的搖籃。在位于北京懷柔科學城,一支幾代人傳承的科研團隊打造出了最新一代JF-22超高速風洞將于明年建成。
飛行器在天上飛,空氣不動,但是我們在地面上的時候,沒有辦法讓飛行器去飛,需要做一個飛行器的模型固定在這,在風洞產生高速的氣流吹這個模型,模擬它在天上飛的過程,這個就是風洞。
爆轟驅動超高速高焓激波風洞簡稱為JF22超高速風洞于2018年3月正式啟動,現在已進入現場安裝階段,完成真空艙、試驗艙和噴管的安裝,并通過專家組中期檢查,將于2022年建成。
▲JF22超高速風洞儀器安裝現場
就是這樣一個項目,經歷數代研發者的不懈努力,在錢學森、郭永懷部署的戰略方向上一路攻關,從高溫材料、到異型構造、再到傳感器設計,科研團隊在無人區反復探索,終于實現了從理論創新到技術創新的跨越。
直到2012年,總長265米、試驗段直徑達3.5米的JF-12復現風洞研制成功,可復現5到9倍聲速的飛行條件,實驗時間超過100毫秒,比其它同類型的激波風洞提高1個量級,成為國際最大、整體性能最先進的激波風洞,為我國航空航天重大任務研制提供了關鍵支撐。
作為研制新一代飛行器的搖籃,JF-22超高速風洞可以復現相當于約30倍聲速的飛行條件。JF-22最核心的技術就是通過正向爆轟驅動器為基本功能,提供平穩的驅動氣流,風洞的試驗能力要比JF-12驅動能力提高10倍。
展開 中國高超音速無人機邁入了新的階段
高超音速飛行器是飛行器的第三次革命
近日,網上出現我國高超音速飛行器試飛的新聞,這表明國內高超音速飛行器的研制邁入了新的階段。
一般而言高超音速飛行器指的是飛行速度超過5馬赫的飛行器,它是繼螺旋槳、噴氣式飛機之后飛行器的第三次革命,也是新世紀各國爭奪的制高點。
此前許多人可能已經看過中國高超音速飛行器的新聞,那么此次高超音速飛行器有什么不同,此次新聞的主角是中國航空工業而不是以前的航天工業,所以可以推測此次試飛的飛行器應該是吸氣式高超音速飛行器,也就是說它的動力應該是基于渦輪的聯合推進系統(TBCC),而不是基于火箭的聯合推進系統(RBCC)。
噴氣式發動機只能讓飛行器的速度達到2馬赫左右
傳統的渦輪噴氣/風扇發動機的飛行速度范圍局限在2馬赫以下,到達這個范圍的上限之后,渦輪葉片的轉速到達頂點,會產生的比較大熱量及燒蝕問題,此后提高速度只能依靠沖壓發動機,它是依靠氣流來進行增壓,不需要渦輪,所以速度范圍比較大,一般而言亞燃沖壓發動機可以滿足是飛行器的速度達到6-7馬赫,而超燃沖壓發動機,就是氣流不減速直接進入燃燒室,則可以達到10馬赫左右。
不過沖壓發動機這個原理讓它必須擁有一個啟動速度,所以需要與其他動力裝置組成聯合推進系統,最常見的就是固體火箭加沖壓發動機,這是目前超音速反艦導彈最常見的配備,不過固體火箭發動機只能一次性使用,不適合作為重復使用飛行器的動力系統,所以出現了渦輪沖壓聯合推進系統,此次曾經有新聞說國內正在研制渦輪沖壓聯合推進系統。它利渦輪發動機讓飛行器從普通跑道起飛,在高空達到沖壓發動機的啟動速度之后,再使用沖壓發動機,將飛行器繼續加速到預定速度。
展開 德州大學阿靈頓分校攜手Ansys加快高超音速研究
新合作計劃有望為超音速飛機、航天器和導彈原型測試節省數億美元成本
主要亮點
德州大學阿靈頓分校(UTA)攜Ansys推出先進的設計和分析工作流程,用于驗證美國政府當前和新一代高超音速飛行器的系統模型
該工作流程通過在德州大學阿靈頓分校先進的電弧噴射高超音速風洞中開展物理高速飛行測試,以驗證Ansys軟件代碼的精度
德州大學阿靈頓分校(UTA)攜手 Ansys正在研發一款先進的設計和分析工作流程,用于驗證美國政府當前和新一代超音速飛行器的系統模型。該工作流程將加快仿真軟件代碼的認證速度,幫助降低高超音速技術的研發成本并提高工程生產力。
美國國防部和美國宇航局已經將高超音速飛機、航天器和導彈的研發工作列為優先事項。然而,由于單次原型飛行測試就需要耗費政府高達1億美元的資金,因此該筆資金恐怕難以為繼,此外,還缺乏擁有高超音速飛行器設計經驗的工程師。盡管這些因素減緩了高超音速飛行測試的進程,但Ansys的仿真解決方案有助于推動關鍵高超音速技術的研發,其中包括航天器再入大氣層的熱防護系統和高超音速飛行的超燃沖壓發動機燃燒技術。
展開 中國新型金屬基復合材料可耐3000度高溫,已應用高超音速領域
近日,湖南新聞聯播欄目介紹了現任中南大學難熔金屬與硬質合金研究所所長、湖南省納米材料工程中心常務副主任范景蓮教授研發的輕質難熔金屬基復合材料,這款復合材料可接受3000攝氏度以上的高溫,廣泛應用于我國高超音速飛行器、導彈等尖端領域。
鳳凰環氧樹脂127https://www.hongyantu.com/goodlist/sz/48285.html
欄目介紹稱,我國某型高超音速飛行器要求能夠在大氣層內以5到20倍的音速飛行數小時時間,在飛行器和空氣摩擦時會產生2000-3000度的高溫。普通金屬在1500度時開始熔化,而由范景蓮教授研制的輕質難熔金屬基復合材料能經受3000度以上的高溫,這種由高溫陶瓷和難熔金屬合成的新材料具備高熔點、低密度的優點,還具有良好的延展性。范景蓮教授介紹稱,這款材料就像水泥和鵝卵石的搭配,鵝卵石就相當于陶瓷顆粒,水泥就相當于難熔金屬,在高溫下顆粒將難熔金屬固定下來。
欄目稱,2009年國家啟動了高超音速飛行器重大專項,主要應用以碳碳復合材料為主,從沒有人提出用金屬材料。范景蓮教授主動提出把陶瓷和難熔金屬結合起來可以解決耐高溫、高強熱的問題,但在最初卻受到了相關領域專家的質疑。范景蓮面對質疑沒有選擇放棄,經過無數次試驗,2012年材料樣件面世,當時由于沒有企業可以加工量產新型材料,范景蓮團隊決定自己加工生產,在地方政府的扶持下,相關項目最終成功投產。到今年3月,這家企業已經成為航空航天、國防軍工和兵器船舶領域多個型號產品的唯一供應商。
范景蓮教授稱,我們的知識要成為社會、國家的財富,為我們的國家服務,占領一個世界領先的地位。
展開 
中南大學新型金屬基復合材料已應用高超音速領域
近日,湖南新聞聯播欄目介紹了中南大學范景蓮教授研發的輕質難熔金屬基復合材料,這款復合材料可接受3000攝氏度以上的高溫,廣泛應用于我國高超音速飛行器、導彈等尖端領域。
范景蓮,現任中南大學難熔金屬與硬質合金研究所所長、湖南省納米材料工程中心常務副主任,先后榮獲國家杰出青年基金、中組部“萬人計劃”、教育部“長江學者”、全國創新爭先獎、何梁何利基金、全國優秀科技工作者等榮譽,享受國務院特殊津貼。作為一名女性科學家,這樣的成績和榮譽對她來說殊為不易。
據介紹,我國某型高超音速飛行器要求能夠在大氣層內以5到20倍的音速飛行數小時時間,在飛行器和空氣摩擦時會產生2000-3000度的高溫。普通金屬在1500度時開始熔化,而由范景蓮教授研制的輕質難熔金屬基復合材料能經受3000度以上的高溫,這種由高溫陶瓷和難熔金屬合成的新材料具備高熔點、低密度的優點,還具有良好的延展性。范景蓮教授介紹稱,這款材料就像水泥和鵝卵石的搭配,鵝卵石就相當于陶瓷顆粒,水泥就相當于難熔金屬,在高溫下顆粒將難熔金屬固定下來。
欄目稱,2009年國家啟動了高超音速飛行器重大專項,主要應用以碳碳復合材料為主,從沒有人提出用金屬材料。范景蓮教授主動提出把陶瓷和難熔金屬結合起來可以解決耐高溫、高強熱的問題,但在最初卻受到了相關領域專家的質疑。范景蓮面對質疑沒有選擇放棄,經過無數次試驗,2012年材料樣件面世,當時由于沒有企業可以加工量產新型材料,范景蓮團隊決定自己加工生產,在地方政府的扶持下,相關項目最終成功投產。到今年3月,這家企業已經成為航空航天、國防軍工和兵器船舶領域多個型號產品的唯一供應商。
范景蓮教授稱,我們的知識要成為社會、國家的財富,為我們的國家服務,占領一個世界領先的地位。
展開 誰還敢說中國航發落后?5馬赫發動機呼之欲出,美:改變游戲規則
放眼全球,如今真正在高超音速領域取得革命性進展的,按照美媒的說法,僅有中國一家。美國已經多次確認,盡管已經將研究高超音速武器的經費增加2倍,但美軍不會在2023年之前接裝這種武器。而反觀中國,早已經在2017年開始在東風-17彈道導彈上裝備先進的滑翔彈頭。
這意味著美軍的研究已經落后中國至少5年,然而這還不是最重要的,更讓他們有危機感的是,中國高超音速發動機也借力發揮,走在了世界前面。
根據美國《大眾科學》網站5月4日報道稱,超音速燃燒沖壓噴氣發動機是一項改變游戲規則的技術,如果一切進展順利的話,未來它將不可避免的取代現有的噴氣式發動機,讓人類飛行提速,至少能達到5馬赫的量級。
那么什么是超音速燃燒沖壓噴氣發動機?它是一種讓空氣以超過聲速的速度流過的空氣噴氣發動機。而通過向前運動將氣流壓縮到亞音速的傳統沖壓式噴氣發動機遠遠達不到前者的效果。
由于中國在高超音速空氣動力學上已經取得了領先地位,因此,這種創新技術將很快投入到實際中去,按照美媒的推測,第一臺渦輪火箭組合循環發動機很有可能會運用到我國下一代大推力火箭上,其衍生型很可能會在WS-118發動機上做測試。
WS-118是我國未來重型運輸機的預備動力,超音速燃燒沖壓噴氣發動機將使得遠程高超音速飛行器的生產變得更可行。
如果這種新概念動力原型機試驗成功,那么在未來航空航天上,它將引領一場革命,這不亞于人類當年從渦噴發動機進入到渦扇發動機時所帶來的影響,美國預先搶占的萬億美元的發射市場或被中國分走一大塊蛋糕。
在民用領域,高超音速飛行器的生產將重新定義世界太空發射市場,美國之前走了幾十年的路或將被徹底定位,而中國將一步到位,從落后位置迅速轉變為超越,讓那些質疑中國航發落后的人閉嘴。
展開 楊衛院士:力之大道兩周天(二)
工程問題有很多,只舉七個例子,分別是:高超音速,空天超燃發動機與新一代戰機,超重力,盾構,高鐵,天眼,共融機器人。
(1)高超音速
高超音速的概念與錢學森先生有關。請大家看圖3,這是1949年12月12日美國《時代周刊》“科學”欄目的一篇報道,題目叫做“上下翻飛的火箭”,副標題是“通過太空從洛杉磯到曼哈頓”?;鸺诖髿鈱又庾裱祗w力學的規律,進入大氣以后遵循空氣動力學規律。70年前,作為麻省理工學院的一名年輕教師,錢學森先生提了一個設想:可把大氣層視為水池子,將大氣層之上的真空視為空天,然后飛行器可以按照打水漂的方式前行,一會兒在水面之上,一會兒在水面之下,這就是上下翻飛的火箭。記者評論錢學森的報告說:“盡管這一報告中大部分是枯燥的技術內容,但是最后的結論卻引人入勝:即如果這樣航行的話,一小時就可以從洛杉磯飛到曼哈頓”。錢學森先生近70年前的這一設想,現在剛剛成為現實。現在的高超音速飛行器,就是70年前錢學森眼中的空天間的飛舟。它交替利用流體力學和動力學這兩個學科的規律來予以實現。在大氣中運動需借助乘波體構型。乘波體構型涉及到流體力學的內流、外流一體化的設計;涉及到超燃發動機,既要穩燃,又要去激波。我國已經試驗成功了乘波體構型,可以滑翔。我國也試制成功了超燃發動機。結構的抗熱部分利用油道冷卻來進行。高超音速飛行器的控制問題,包括它的魯棒性和快速響應,也是我們需要研究的問題。
高超音速飛行器是空天間的飛舟,我國有三位科學家最近作出了杰出貢獻。一位是包為民院士,他2017年作為第一完成人獲得國家發明一等獎,表彰他在滑翔式飛彈中的關鍵貢獻。一位是祝學軍女士,她30多歲就成為總師,十多年后已經成為系列總師;最近實驗成功的 新型號,采用高超音速下的滑翔飛行,其軌跡既無法預測,也無法攔截,且命中精度非常之高。
展開 NASA超高音速發動機,使用3D打印陶瓷防護罩和蓄能器
2018年10月12日,從外媒獲悉,根據加利福尼亞制造商Aerojet Rocketdyne的說法,為美國國家航空航天局和美國國防部高級技術部門DARPA制造的新型高超音速發動機已經過成功的測試。
增材制造是高超音速飛行的關鍵技術,美國國防部稱這是該國的“最高技術優先級”。
Aerojet Rocketdyne進行的測試涉及“新型雙模式沖壓式噴氣發動機/超燃沖壓發動機(DMRJ)發動機?!迸c燃氣渦輪發動機相結合 - 形成基于渦輪的聯合循環推進(TBCC)系統 - DMRJ發動機“可能提供能夠將車輛從靜止狀態推進到5馬赫或更高的高超音速飛行狀態并再次返回?!?Aerojet Rocketdyne首席執行官兼總裁Eileen Drake表示,“Aerojet Rocketdyne已準備好支持這一行動呼吁,因為我們已經開發了超音速推進技術超過30年。我們的超燃沖壓發動機為X-51A WaveRider的創紀錄測試飛行提供動力,從那時起我們加快了開發工作。這一進展與我們在增材制造方面取得的進步相結合,使下一代高超音速推進系統得以實現。“
Aerojet Rocketdyne的新型雙模式沖壓式噴氣發動機/超燃沖壓發動機,在美國宇航局蘭利研究中心的8英尺高溫隧道中進行了測試。
高超音速飛行是世界超級大國關注的主題。有時被稱為單次使用高超音速,可重復使用的高超音速飛行器也在開發中,包括英國的Reaction Engines的AM啟用SABRE推進系統。
可以理解,這意味著該領域的進展不太可能被詳細揭示。
眾所周知,使用包括陶瓷在內的一系列材料的增材制造正在高超音速項目中的應用。例如,使用3D打印技術為美國空軍研究實驗室創建陶瓷防護罩。
展開 超級風洞——“吹”出來的軍事技術
美國試驗連續失敗,很重要的原因可能就是沒有這樣水平的風洞,無法模擬高超音速下的飛行狀態。
高超音速武器的應用
我們前面說了這么多“超級風洞”的內容,那么作為“超級風洞”的孵化目標——高超高速武器,研發這些又有什么用呢?
高超音速一般是指物體的速度超過5倍音速(約合每小時移動6000公里)以上,主要包括3類:高超音速巡航導彈、高超音速飛機以及航天飛機。俄羅斯副總理德米特里·羅戈津2013年曾說:誰掌握了高超音速武器,誰就將徹底顛覆戰爭的邏輯。
高超音速武器,意味著一小時內打遍全球。與核武器毀滅性打擊不同,高超音速武器的打擊完全是點穴式的,可以起到四兩撥千金的作用,可以一擊致命還能將破壞力降到最小。所以,相比核武器主要起戰略威懾作用,高超音速武器未來的應用空間要大得多。中國能夠在高超音速武器領先一籌的意義自然可想而知,掌握軍事主動權,就是國泰民安、人民安居樂業的堅實保障。
展開 【5/14更新】沖壓發動機如何工作?高清動畫講解它的工作原理
沖壓式發動機是由進氣道(也稱擴壓器)、燃燒室、推進噴管三部組成。按應用范圍劃分,目前分為亞音速、超音速、高超音速三類。
沖壓發動機比渦輪噴氣發動機簡單得多。沖壓是利用迎面氣流進入發動機后減速、提高靜壓的過程。這一過程不需要高速旋轉的復雜壓氣機,也是沖壓噴氣發動機最大的優勢所在。
進氣速度為3倍音速時,理論上可使空氣壓力提高37倍,效率很高。高速氣流經擴張減速,氣壓和溫度升高后,進入燃燒室與燃油混合燃燒。燃燒后溫度為2000一2200℃,甚至更高,經膨脹加速,由噴口高速排出,產生推力。因此,沖壓發動機的推力與進氣速度有關。以3倍音速進氣時,在地面產生的靜推力可高達200千牛。
沖壓發動機按應用范圍劃分可以分為亞音速、超音速、高超音速三類。
亞音速沖壓發動機使用擴散形進氣道和收斂形噴管,以航空煤油為燃料。飛行時增壓比不超過1.89,飛行馬赫數小于0.5時一般不能正常工作。亞音速沖壓發動機用在亞音速航空器上,如亞音速靶機。
超音速沖壓發動機采用超音速進氣道(燃燒室入口為亞音速氣流)和收斂形或收斂擴散形噴管,用航空煤油或烴類燃料。超音速沖壓發動機的推進速度為亞音速到6倍音速,用于超音速靶機和地對空導彈(一般與固體火箭發動機相配合)。
高超音速沖壓發動機燃燒在超音速下進行,使用烴類燃料或液氫燃料,飛行馬赫數高達5~16,目前高超音速沖壓發動機正處于研制之中。由于超音速沖壓發動機的燃燒室入口為亞音速氣流,也有將前兩類發動機統稱為亞音速沖壓發動機,而將第三種發動機稱為超音速沖壓發動機。
展開 一種具有吸波/隔熱多功能的納米纖維氣凝膠
來源 | Composites Part A
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背景介紹
隨著航空技術的進步,高超音速飛行器在軍事應用中不斷發展。飛機的部件在超高速飛行過程中會受到高溫的影響。同時,隱形技術對于避免被敵方雷達探測至關重要。因此,開發具有電磁波衰減和隔熱能力的多功能材料對科學家和工程師具有重要意義。氣凝膠是一種多孔材料,由具有空氣-氣相的微孔固體組成。獨特的互連網絡結構具有密度低、比表面積大等顯著特點,在電磁波衰減和隔熱方面發揮著關鍵作用。李及其同事制備了一種具有相當大的電磁波衰減和隔熱性能的有機-無機氣凝膠型材料。梁等人通過將MXene和石墨烯相結合,制備了一種混合氣凝膠,達到了令人印象深刻的效果。盡管這些氣凝膠表現出非凡的性能,但它們往往高溫下的坍塌阻礙了它們的實際應用。
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成果掠影
近期,東華大學張禮穎團隊針對如何制備較小體積收縮率的多孔PI氣凝膠取得最新進展。采用超聲冷凍干燥實現了PINF氣凝膠多級孔結構的調控。多級微孔結構由從PINF網中去除冰晶引起的相互連接的初級孔和PNIF網格中的次級孔組合形成。納米纖維氣凝膠獨特的多孔3D網絡提供了良好的阻抗匹配特性,并增強了電磁波的多次反射和散射。同時,MXene上的極性官能團和缺陷誘導偶極子極化,PINF和MXene 之間的異質界面增強了界面極化。因此,MXene/PINF氣凝膠表現出高效的微波吸收性能,顯示出-37.9 dB的最小反射損耗 和3.3 GHz的有效吸收帶寬 (EAB)。此外,MXene/PINF氣凝膠還表現出較低的導熱率和優異的壓縮性能,使其適合在特種服役環境中使用。
展開 
幾種中國先進的航空發動機技術
不同的是,他們使用的是特殊吸熱型碳氫燃料,這種超燃沖壓發動機雖然可實現10馬赫級別的高超音速,無法解決碳氫燃料持久性問題,工作時長僅能維持10s左右。
在同等級別下中國的航空煤油再生冷卻超燃沖壓發動機,因能夠使航油燃料會比老美的更經濟,并且有更好的續航能力。不僅標志著我國是全球第二個,以超燃沖壓發動機為動力的高超聲速飛行器自主飛行的國家,更代表我國航空發動機技術走上了國際領先的地位。
二、中國首創的“站立式斜爆轟沖壓發動機”
超燃沖壓發動機主要應用于超高音速飛行器,對于航空、空天飛機及超導的發展,都有很大的裨益。隨著中國成為世界上第二個可以研制超燃沖壓發動機后,該領域的技術研發就不斷地在突破。
2020年11月29日,中國科學院高溫氣體動力學重點實驗室主任姜宗林及團隊,對外公布新的超燃沖壓發動機技術研究成果。中國首創的“站立式斜爆轟沖壓發動機”正式亮相,它是一款飛行速度可達16倍音速的高超音速發動機,也突破發動機發展的瓶頸,是現階段高超聲速飛行器的技術核心。
該技術優點包含:1、縮小發動機尺寸,提高可用空間;2、增加發動機的推力裕度,提高飛行速度;3、可在運行中截取氧氣,再通過“轟爆效應”產出比傳統的等壓燃燒模式更高的熱效率。
與此同時,老美的X-51A驗證機和澳大利亞的HIFiR超燃沖壓發動機,因為無法保證燃燒效率,推力達不到要求,進展并不是很順利。而中國的“站立式斜爆轟沖壓發動機”已經完成了9倍音速的風洞實驗測試,理論最高速度可達16倍音速,也就是說2小時內可飛到地球任意一處。
三、國內連續震爆發動機試驗成功
2022年1月24日,清華大學航天航空學院王兵教授團隊研發的新型連續震爆發動機,進行飛行演示試驗并取得成功。
展開 中國高超音速武器比美厲害在哪:就是這個"啤酒肚"
但以X-51在8年前就實現了210秒M5+飛行來否定“星空2號”,就像“我們在宋朝就發明火箭了”來否定二戰V2導彈一樣,缺乏實際意義。強調HiFIRE可以達到M8也是一樣,助推-滑翔型高超音速飛行器的釋放速度不是最大的挑戰,機動飛行才是,而HiFIRE 4的飛行時間才5秒,計劃中的HiFIRE 8也只有30秒(一說60秒)。
“星空2號”不是十全十美的。完美的高超音速乘波體應該配備超燃沖壓發動機,最好還是TBCC(Turbine Based Combined Cycle)那樣與渦噴相結合的組合循環發動機,可以完成從水平起飛到水平著陸。廈門會議上透露,中國在超燃沖壓和TBCC方面的發展也很快,詳情請見《中美高超音速飛行器誰離星辰大海更近》。“星空2號”的射程也相對有限,400秒的M6飛行大約相當于650-700公里飛行距離,采用BP-12A的助推級也意味著飛行器重量有限。但中國的高超音速科技樹枝繁葉茂,“星空2號”只是驚鴻一瞥。
早先公開的HIFiRE 4飛行器的照片讓人以為它是有“啤酒肚”的先進設計
其實……它還是個“月牙形”
“星空2號”的“啤酒肚”是它最厲害的標志
中國高超音速技術領先了,但美國的高超音速發展是走了彎路的。美國強大的空中力量使得短程彈道導彈顯得多余,中導協議又禁止了中程導彈的發展,一步跳到洲際導彈級的HTV-2又技術跨度太大,所以在乘波體和飛行控制方面落后了。美國的重點在超燃沖壓,只有首先突破有效、可靠的動力,高超音速對美國才有意義。當然這方面也沒有真正突破,造成美國今天的困境。
但科學技術不是巫術,中國做得到的,假以時日,美國也做得到。這話平常是反過來說的,但在高超音速方面還真得這么說。發達國家不是一夜之間發達起來的,人家也在努力領先,但中國也有厲害的地方,高超音速就是一個例子。
展開 CFD仿真的一般邏輯
相信大多同行都明白,根據雷諾數從低到高的不同可依次分為蠕動流、層流、湍流等,剪切應力的主導地位是從高到低,相反慣性力的作用從低到高。層流到湍流轉唳的過程中會有一個臨界雷諾數的范圍,需要指出的是,不同問題的臨界雷諾數也不同,如管流的臨界雷諾數在2000~4000之間,而平板流的臨界雷諾可能高達10000左右。雷諾數的計算看似簡單,但在實際工作中卻很容易走入誤區。舉個例子,一個空氣軸承,軸直徑30mm,軸的轉速為12萬r/min軸和環形箔片之間夾著一層空氣膜,空氣膜厚0.8mm,可能乍一算會認為空氣膜中的流態為穩態,其實錯誤。因為雷諾數當中的主流流速在這里應該是空氣與軸表面的相對速度,而并不是根據軸徑和轉速算出的速度,實際的空氣膜中的主流流速相對于軸表面圓周速度并不是很大,而且由于空氣膜很薄,且空氣膜上下兩側都收到強烈的粘性效應,其實是無法形成湍流中所具有的無序混沌的流態的。
流動的壓縮性用馬赫數來判斷,馬赫數是流速與當地音速的比值:
當馬赫數Ma=0時,是真正的不可壓縮流動,密度始終為常數。當0<Ma<0.3時,為弱可壓縮流,流體的密度實際上是隨溫度的不同也有所不同的,但是實際在大多數商業軟件中,我們把此情況仍視作不可壓縮流動,因為此時流體的密度變化非常小,密度變化通常由于溫度引起。當0.3<Ma<1時,為中等可壓縮流動,此時為梯度較大的亞音速流,在計算時就要考慮能量方程了。當Ma>1時,流動是超音速的,高度可壓縮的,這種情況發生于噴口、高超音速飛行器的分析等情況,并往往伴隨著激波現象,當然這種情況下也要考慮能量方程。需要注意的是,可壓縮流體也可能在做不可壓縮流動,最常見的例子就是空氣;且可壓縮流動并不總是等于可壓縮流體。換言之,流體的可壓縮性和流動的可壓縮性是有區別的。
展開 “星空2號”厲害嗎?厲害的!后面還有更厲害的!
X-51的主要研究目的是超燃沖壓,氣動外形考慮了用激波產生升力的問題,但有效氣動控制和機動飛行不是主要研究目的,因為不期望超燃沖壓能有足夠長的工作時間(實際達到140秒,連火箭助推段和熄火后滑翔段達到M5以上共210秒),只要保證穩定飛行就是勝利。事實上,到現在為止,“星空2號”是世界上第一個在公開報道中實現高超音速大幅度機動飛行的。從這一點來說,“星空2號”就是真厲害了。
X-51的意義不容低估,其氣動設計和超燃沖壓絕對是有借鑒意義的。但以X-51在8年前就實現了210秒M5+飛行來否定“星空2號”,就像“我們在宋朝就發明火箭了”來否定二戰V2導彈一樣,缺乏實際意義。強調HiFIRE可以達到M8也是一樣,助推-滑翔型高超音速飛行器的釋放速度不是最大的挑戰,機動飛行才是,而HiFIRE 4的飛行時間才5秒,計劃中的HiFIRE 8也只有30秒(一說60秒)。
“星空2號”不是十全十美的。完美的高超音速乘波體應該配備超燃沖壓發動機,最好還是TBCC(Turbine Based Combined Cycle)那樣與渦噴相結合的組合循環發動機,可以完成從水平起飛到水平著陸。廈門會議上透露,中國在超燃沖壓和TBCC方面的發展也很快,詳情請見《中美高超音速飛行器誰離星辰大海更近》?!靶强?號”的射程也相對有限,400秒的M6飛行大約相當于650-700公里飛行距離,采用BP-12A的助推級也意味著飛行器重量有限。但中國的高超音速科技樹枝繁葉茂,“星空2號”只是驚鴻一瞥。
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