& o8 P: Q. `4 x! g3 f ^, B飞机的奥妙在于机翼,机翼产生的升力不仅使得飞机飞起来,也是转弯、爬升的关键。在高超音速飞行时,机翼的阻力太大,摩擦生热也将烧毁机翼,要用乘波体,这时激波的作用相当于机翼。超音速飞行产生的激波好像无形的钢伞一样,由飞行器顶着前行。速度越高,伞尖越尖锐。如果伞形在整体上有一定的迎角,飞行器骑乘在下伞面上,就可以利用激波锋面产生的压缩升力飞起来,乘波体因此得名,飞行机制也因此与飞机很不相同,属于较陌生的领域。 / D6 v5 z2 B- I& V% i3 V - `6 |0 v3 ]# {同时,激波还是热防护的关键。致密的激波成为承受气动加热的主体,飞行器本身反而在相对“凉快”的激波尾流里。热防护是高超音速飞行器需要采用乘波体的另一个原因,也使得高超音速飞行的气动与热力学问题高度交织,极大增加了高超音速飞行器设计的难度。- j; X* ^; V9 g# \% s
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机翼相对于飞机的关系可以简化成刚性的,与转弯和爬升的关系是确定的。但激波与乘波体之间的关系并不是刚性的,在动态中随姿态、速度而改变,这就使得本来就复杂的高超音速飞行问题更加复杂了。大量的风洞研究是理解和解决高超音速飞行问题的关键,但现有风洞绝大多数达不到高超音速。# z: M4 T) u, d9 `5 }' u) Z/ t
8 z, M( e' ^9 T6 v7 R3 b: s; G传统风洞好比用鼓风机对着大管子吹,然后通过两头大、中间小的钟漏形拉瓦尔管加速到超音速。问题是在高超音速时,急剧增加的阻力将“吃掉”所有的功率增加,使得流速再也上不去了。高超音速风洞需要用爆轰驱动激波,产生极高压,然后通过拉瓦尔管产生高超音速。' V5 T; ^' {' k( a( p
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典型爆轰是瞬间的。但极高压的释放时间太短的话,还没有达到稳态高超音速已经完事了,这是不行的。有用的高超音速风洞必须达到足够长的稳态时间。日本的高超音速风洞只能达到2毫秒的延续时间,美国能达到30毫秒,但中国在2012年已经建成投用的JF-12能达到100毫秒。JF-22的延续时间还没有公布,相信也是遥遥领先的。如何将瞬间的爆轰转化为平稳的释放,这就是中国的秘密了。8 E! E7 U. h4 N% g