今天我們介紹一下高超音速飛機(jī)，它在實(shí)現(xiàn)高超音速飛行的時(shí)候，將遇到的幾個(gè)障礙，音障、熱障、黑障。
我們知道飛行器在大氣層中飛行，航空界或者航天界給它們劃了幾個(gè)區(qū)域，一個(gè)是亞音速區(qū)，一個(gè)是跨音速區(qū)，一個(gè)是超音速區(qū)，還有一個(gè)高超音速區(qū)。這幾個(gè)區(qū)域，它是怎么來確定的呢？亞音速區(qū)，它的最大飛行速度大概是在M數(shù)0.75，M數(shù)也叫馬赫數(shù)，就是飛行速度和當(dāng)?shù)匾羲僦取？缫羲賲^(qū)是從M數(shù)0.75到M數(shù)1.2。超音速區(qū)是從M數(shù)1.2到M數(shù)5，也就是5倍音速，那么如果你的飛行速度超過了5倍音速，比如說超音數(shù)10倍、12倍、15倍、20倍，那么你就進(jìn)入了高超音速區(qū)。目前正在研發(fā)的高超音速飛行器以及空天飛機(jī)，它會(huì)遇到一些什么障礙呢？
第一個(gè)障礙是音障，首先你要突破音速。其實(shí)突破音速現(xiàn)在已經(jīng)做到了，但是在上個(gè)世紀(jì)40年代末的時(shí)候，突破音障很難，因?yàn)楹芏嘣囷w員試圖駕駛活塞式也就是螺旋槳的飛機(jī)，突破音障的時(shí)候發(fā)生了問題，飛機(jī)劇烈抖動(dòng)而且自動(dòng)低頭，后來人們搞清楚了，由于飛機(jī)上面產(chǎn)生了激波，這個(gè)激波會(huì)給飛機(jī)帶來很大的阻力，那么你要想辦法減小激波阻力，你就有可能突破音障。那么上個(gè)世紀(jì)50年代初逐漸這個(gè)問題就解決了，就出現(xiàn)了一些超音速的飛機(jī)，比如說戰(zhàn)斗機(jī)，后來又搞出超音速的轟炸機(jī)。那么既然音速突破了，很多人就想再加快速度，超過音速的兩倍三倍。那么超過音速兩倍沒問題，但是達(dá)到音速的2.5倍的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)機(jī)體表面的溫度急劇升高，可能到了二三百度的溫度了，表面這些蒙皮，機(jī)內(nèi)那些結(jié)構(gòu)可能就受不了，就必須換裝其他的材料，這時(shí)候就出現(xiàn)了一個(gè)新詞叫熱障。
熱障主要是由機(jī)體和空氣摩擦產(chǎn)生熱量，以及激波造成的。如果你到了超音速3倍的時(shí)候，表面溫度可能到了350、360的溫度。那么基本上你就要用新材料來制造飛機(jī)了，用鋁合金就不行了，那用什么呢？鈦合金甚至是不銹鋼來造飛機(jī)。那么如果飛行速度再高，比如說超過音速的十幾倍，這個(gè)時(shí)候由于機(jī)體表面或者是彈體表面的溫度急劇升高到幾千度，它的表面那些氣體就已經(jīng)電離了，就是電子被剝離了，那么這些等離子體和氣體的特性就是不一樣的了，會(huì)導(dǎo)致什么呢？導(dǎo)致無(wú)線電波沒法傳播，雷達(dá)也看不見它，通訊系統(tǒng)也基本上中斷，在這樣的情況下，你跟外界的溝通就中斷了，因此被稱為黑障。
黑障主因就是因?yàn)轱w行器外表包著一層等離子體。無(wú)論是音障、熱障還是黑障，實(shí)際上都是和飛行器的飛行速度有關(guān)系的。航空器主要面對(duì)的是音障和熱障，音障現(xiàn)在已經(jīng)突破了，熱障也有辦法解決，怎么解決？我們下面會(huì)給大家講。那么黑障目前解決的辦法不是很多，進(jìn)入黑障之后你怎么和外界聯(lián)系？這是目前需要認(rèn)真克服的一個(gè)重要的障礙。那么不管怎么講，要想在大氣層里高速飛行，這三障必須克服。下一期我們將給大家介紹一下高超音速飛機(jī)和空天飛機(jī)，它的基本設(shè)計(jì)概念。
出品：科普中國(guó) 光明網(wǎng)
科學(xué)顧問：傅前哨
監(jiān)制：戰(zhàn) 釗
制片：金 赫
導(dǎo)演：金? 赫
攝像：肖春芳
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