一般W君在寫文章的時候往往不會直接說出答案,而是給大家展示出很多的數(shù)據(jù),讓大家在閱讀文章的過程中能夠自己找出問題的答案。 今天就先亮觀點吧——世界上有兩種東西,一種是東西,一種是“印度的東西”。這可以說一個放之四海而皆準的完全沒有任何邏輯問題的結(jié)論。 印媒報道了印度的高超音速武器實驗,也就是印度的HSTDV(Hypersonic Technology Demonstrator Vehicle,高超音速技術(shù)驗證機)高超音速飛行器項目。 報道中說到這次實驗印度利用烈火1導彈作為主要推進器,將HSTDV送到了30公里高空,HSTDV打開沖壓引擎維持了20秒的飛行時間,其最高速度達到了6馬赫。 如果看指標來說,6馬赫已經(jīng)跨入了高超音速飛行器的領(lǐng)域內(nèi)。而且印度自己也聲稱有望在5年內(nèi)制造第一枚高超音速導彈。 今天我們來了解一下印度在高超音速飛行器方面的進展情況。 如果要想了解一個武器的概念,首先需要知道的是武器本身的界限點在哪里,那么什么叫高超音速武器呢? 通常的情況下,物體在空氣中運動的速度和聲音傳播速度的比值(馬赫數(shù)),是體現(xiàn)這個物體在空氣中飛行的絕對速度的一個指標。 實際上在超過0.3馬赫(大約1秒鐘100米)的時候就已經(jīng)需要進入聲速研究范疇了,在這種狀態(tài)下就不得不考慮空氣阻力對速度和氣動設(shè)計的影響。如果速度進一步提高,提高到了音速水平,大約是0.8馬赫-1.2馬赫這個區(qū)間,是叫做“跨音速”的速度范疇。在跨音速速度范疇內(nèi)空氣被極大的壓縮形成巨大的阻力,這里面的專業(yè)術(shù)語叫做“音障”。突破音障之后就叫“超音速”了,由于沒有聲速臨界點上的阻力高積累特性,相反超過音速之后的阻力會相應(yīng)的減小一些。這時候空氣相對于飛行器的運動就形成了超音速氣流。飛得越快,氣流的相對速度也就越快。 在面對超音速氣流的時候氣動研究就不僅僅是要研究氣動設(shè)計上亞音速氣流升力的問題了,還得引入一個概念叫做“激波”。 激波現(xiàn)象是什么樣子的?有點類似于我們在中學做實驗時候使用的橡皮膜。 當上面某一點壓力越強的時候就會越凸起來。凸起來的這層膜就很像激波的特征了,當速度越快凸起的也就越多。 所以我們看到一枚手槍子彈的激波 就會相對的比較鈍,而看到速度更快的步槍子彈的激波也就會更銳一些。 這時大家就會有一個很明確的認識了,激波的夾角是和速度成某種關(guān)系的反比的。 當然了,空氣動力學對激波的研究還會更復雜一些,而對于普通的不搞這個專業(yè)的讀者了解到“激波的夾角是和速度成某種關(guān)系的反比”也就可以足夠繼續(xù)理解激波的問題了。 既然有夾角,就會有夾角趨近于0的速度。也就是速度快到連激波都不會產(chǎn)生就直接穿透空氣墻的速度等級。這個速度大約是11.5馬赫。很多的彈道導彈是可以突破這個速度的,這時候空氣的阻力就得帶入另外的公式來計算了; 目前的“高超音速飛行器”是指飛行速度大于5馬赫小于11.5馬赫的飛行器,這里的“5馬赫”也是空氣動力學上的一個臨界點。 在飛行器的速度達到5馬赫的時候,激波阻力和空氣的粘滯阻力大體相等,如果速度再快,粘滯阻力將大于激波阻力??梢赃@樣理解,激波助力是一堵墻擋著飛行器前進,而粘滯阻力則是一塊包裹著飛行器的布依靠摩擦力將飛行器的速度拽慢。 高馬赫數(shù)空氣動力學對于子彈、炮彈、甚至于飛鏢這樣的物體在空氣中高超音速運動的狀態(tài)下影響并不大,然而對于動力飛行器則有致命影響?;鸺梢酝昝澜鉀Q掉這種影響,巨大尾噴口排氣量產(chǎn)生的巨大壓力對阻力可以完全抵消。 而吸入空氣的噴氣式發(fā)動機則不一樣。 過高速度的氣流會導致噴氣發(fā)動機內(nèi)的點火不能完成,這也就是“臺風中點火柴”的典故來源了。——粘滯氣流是不能被直接減速的。 為此中國和美國采取方案是利用超燃發(fā)動機對高速氣流進行減速后進入燃燒室進行燃燒。這里就有一個將激波倒入進氣口的設(shè)計了。仔細看上圖進氣道里面的紅色折線就是激波的示意圖,激波在進氣道內(nèi)來回反射將直接進入進氣道的粘滯氣流速度降低。最終在燃燒室內(nèi)達到點火條件。 印度的設(shè)計也是采用類似的原理進行的初步設(shè)計,我們可以看到這是有超高音速飛行器特征的一種驗證機。 但是,和中美兩國的超高音速飛行器不同的是——印度的超高音速飛行器進氣道并沒有下唇。 W君曾經(jīng)和大家說過美國的X-51是目前設(shè)計最好的一個高超音速飛行器??此耐獠繗鈩釉O(shè)計和印度的有什么區(qū)別: 我們可以很明顯的看到進氣道下的下唇。而印度是真沒有! 不僅僅印度沒有,咱們公布出來的一些高超音速飛行器也沒有…… 只不過需要說明的一點是——咱們公布的是乘波體設(shè)計的高超音速飛行器,而不是超燃發(fā)動機設(shè)計。沒錯高超音速飛行器是分門派的,印度和美國同屬超燃發(fā)動機這一門派。而咱們看到的凌空天行和東風-17則都是乘波體一派的。 既然說是“超燃派”,那么就應(yīng)該守著超然派的規(guī)矩辦事。顯然印度就又犯了一貫的毛病——“我有,但行不行不知道,但我的確是有”。這也是為什么W君一開始說的東西分兩種的一個原因。 印度自己有潛射彈道導彈,但射程只有178公里,印度人可以自豪的說我們有潛射彈道導彈的也有彈道導彈的潛艇。這就是印度的邏輯。 這次的高超音速飛行器的試驗也是這樣,印度官方宣稱他們?nèi)〉镁薮蟪晒Φ腍STDV被烈火1導彈送到了30公里高空,HSTDV發(fā)動機成功的工作了20秒、達到了6馬赫的速度。大伙能看出問題點嗎?6馬赫速度大約每秒可以飛行2公里,開機20秒大約可以飛行40公里。 30公里的高度,動力飛行40公里真能落地嗎? 細品,品不明白倒過來看 相對于印度的20秒,美國的設(shè)計指標起點是140秒,我們的起點是180秒。為的就是你達到了這個速度還是有能力進行機動并打擊目標的。但是這6馬赫速度飛行20秒,就真的有點雞肋了,你不用動力,彈道導彈難道缺這40公里射程嗎? 或許有人說超高音速飛行器試驗印度搞20秒是僅僅做一次驗證,下次或許就會加長時間了。這里就又得回到印度的HSTDV沒有下唇的問題上了。直線飛行沒啥問題,趕上運氣好是可以開機更長時間的。 只可惜如果是機動飛行,問題就又稍微復雜一點了。 迎角不同,進入進氣道的激波角度也會不同,X-51其實是美國沒辦法了,才設(shè)計出來一個地包天的下唇。而印度這個設(shè)計在大迎角下是真的沒辦法規(guī)劃出合理的進氣道激波路徑的。印度的設(shè)計中只要稍稍一改變HSTDV飛行的迎角進氣道內(nèi)的燃燒環(huán)境就會大幅度改變。燃燒室里面的火也就吹滅了。 所以,20秒,只能直線飛。這種超高音速飛行器在中美俄看來都是試驗失敗,甚至是設(shè)計失敗的產(chǎn)物。但是在印度這黃金的20秒內(nèi),HSTDV還的確飛出了6馬赫的飛行速度。按印度邏輯——這也就是超高音速飛行器了。 引述一條2013年的新聞截圖吧,大家接著細品一下。 |
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