高超音速飞行器(高超音速飞行器技术简介) _小知识

高超音速飞行器(高超音速飞行器技术简介)

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高超音速飞行器(高超音速飞行器技术介绍)
6月2日凌晨，我国中北部地区很多人看到了奇怪的天象。根据导航警告和无导航通知，这是一次从渤海湾向西北靶场的潜射弹道导弹试验。有人说试飞时天空空出现了漏斗云，一定是高超音速飞行试验。是否如此，我们无从猜测。今天我们来看看什么是高超音速飞行器。实现这项技术的难点是什么？

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高超音速飞行器主要包括三种类型:高资源网超音速巡航导弹、高超音速飞机和航天飞机。高超音速技术将在未来的军事、政治和经济中发挥重要的战略作用。近20年来，世界主要航天国家针对高超音速航天飞机系统、高超音速导弹和高超音速飞机开展了一系列研究，形成了热潮，成为各国抢占空至空之间战略优势的利器。

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声音在空气中以每秒340米的速度传播，空气压力为1标准大气压，温度为15℃空，在空气动力学中也称为1马赫(1Ma ，纪念奥地利学者恩斯特·马赫， 1838-1916年)空。我们发现很多飞机和导弹经常用马赫数来衡量自己的飞行速度，但实际上很多枪械的子弹退出速度都可以超过音速。以AK枪族的56半自动为例，子弹射出后初速分别为735 m/s、500 m 373 m/s和600 m 332 m/s ， 600 m后弹丸非超音速..高超音速飞行器的飞行速度高于音速的5倍，即5马赫(MH) ，或超过6000公里/小时..这时我们可以发现，要使飞机达到高超音速飞行速度，首先要解决的问题是要有不懈的动力来克服空空气对飞机的阻力。

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高超音速飞机使用的超音速冲压发动机是一种空燃气喷气发动机，结构非常简单，资源网络单一，可以产生很大的推力，适用于高空高速飞行。冲压发动机(简称冲压发动机)是法国工程师雷纳·劳伦在1913年提出的。它被认为是继螺旋桨和喷气推进之后的“第三次动力革命” 。然而，人类已经有整整一百年的时间在以速度赛跑。

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冲压发动机只有三个主要部件——扩压器、燃烧室和排气喷管(最简单的火箭冲压发动机如上图所示) 。虽然结构很简单，由三个管状部件组成，但可以发射非常大的推力，而且推力随着飞行速度的增加而迅速增加。例如，当一个横截面只有1平方米的冲压发动机在11公里空 (M=3.5)的高度以3.5倍音速飞行时，它可以产生大约3万公斤(即30吨)的推力。此时其推进功率达到41.4万马力，相当于200台机车的功率。如果在低空飞行，由于空的高空气密度，功率会增加。这样的发动机有多重？不超过1吨。

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由于各国研制的高超音速飞行器都需要重复使用，简单的火箭冲压发动机并不适合在上面使用。比如载人飞行速度最快(超过3马赫)的美国战略侦察机SR-71 ，采用普惠公司的带加力燃烧室的J-58轴流发动机，单机最大推力为14,460 kN(即1474.509397吨) 。目前大多数喷气式飞机都使用涡扇发动机， SR-71的特点是轴流发动机在高速飞行时性能优异。从外观上看，这台发动机实际上是一台带有冲压发动机外壳的轴向喷气发动机。由于一般超音速发动机和高超音速发动机对空进气道处的空气速度和压力的要求不同，因此J-58发动机的进气道前端设有一个可自由调节的激波锥，以满足不同速度飞行时对进气道的不同要求。3马赫以下，可调进气面积大空，气压小，因此进气导叶开启轴流发动机提供动力；3马赫以上可调进气口面积大空，气压大，进气导叶关闭，加力燃烧室和冲压外涵道工作提供动力。实际上，歼-58进入3马赫后，发动机75%的推力是由外冲导管提供的，但为了达到3马赫的速度，必须有内轴流发动机(上图为歼-58的两种工作状态) 。