我們知道高超音速飛行器以及空天飛機，它的飛行速度非常高，往往超過音速的5倍、6倍，甚至10倍、15倍。那么在這么高的飛行速度狀態下，會帶來一個很嚴重的問題，那就是熱障。機體表面溫度隨著速度的提高而提高，比如說在超音速兩倍的時候，機頭的溫度是多少呢？大概在100度左右，那就是開水的事兒，把一個開水澆到機體上，對機體沒什么太大影響，但是到了超音速2.5倍的時候，機頭的溫度就有可能到二三百度了。那么如果到了超音速6倍的時候，機體表面它的最高溫度是多少呢？1360度，那么1000多度的溫度，基本上任何的合金都受不了了，都會融化，當然這個指的是在平流層飛行所達到的溫度，這是理論計算值。
我們所說的超音速10倍20倍，往往都是在中間層這個范圍內，而且有的是在中間層的頂層飛行，才有可能做超音速20倍的飛行，到了平流層，基本上你想做這么高的速度飛行是不可能了，因為密度太大，大氣密度太大。不管怎么講，這些飛行器做高超音速飛行的時候，機體表面的溫度往往能夠達到2000甚至3000度。這時候必須采用新材料，比如說碳纖維復合材料、硼纖維復合材料以及陶瓷基復合材料，鈦基的復合材料，就是金屬的和非金屬的一些材料混合在一起，才能抗住這個高溫。目前效果比較好的，已經應用的主要是陶瓷基復合材料。我們知道陶瓷抗高溫是非常好的，那么把它蒙在機體表面，溫度再高它也有可能抗住。那么很多的飛行器在再入大氣層過程中的速度，能夠達到音速的20倍左右。比如說航天飛機，那么航天飛機再入大氣層之后，如果以這么大的速度飛行，那么機體表面你就是鋪上了陶瓷瓦，恐怕有時候也會出現問題。那么還有沒有別的措施來給機體降溫呢？有，用一些燒蝕性的材料鋪在它的機頭或者是機翼前緣，通過燒蝕也像冒汗那樣的方式，把它的熱量帶走。
除了抗高溫材料以外，還要想辦法給空天飛機或者高超音速飛行器降溫。因為如果是載人的，機體內的座艙內的溫度你不能超過40度，超過40度人也受不了，一般保持30度左右，這樣的話很多儀器設備也能夠正常運轉。那么明膠玻璃它的抗高溫能力也是很差的，因此在載入大氣層或者在做高超音速飛行的時候，必須把座艙蓋蒙上，而且機內還要降溫。那么機體表面怎么降溫呢？要用一些低溫的液體材料，通過流動來降溫。最好的一個辦法，是用液氫這樣的溫度很低的燃料，在機體內循環降溫，同時循環過程中它就給液氫升溫了，那么讓它更好的霧化噴到發動機里，來產生更大的推力。因此無論是抗高溫還是降溫措施，對空天飛機和高超音速飛行器而言，都是非常重要的研究方向。只有開發出耐高溫以及相應的降溫措施，才能保證這些飛行器安全可靠地飛行。
那么今天的介紹就到這里，下一期我們將給大家介紹一下，空天飛機和高超音速飛行器，它們需要采用什么樣的動力裝置，才能滿足它們跨大氣層飛行的要求。
出品：科普中國 光明網
科學顧問：傅前哨
監制：戰 釗
制片：金 赫
導演：金? 赫
攝像：肖春芳
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