提起导弹,我们马上就会想到那种身体呈圆柱体、脑袋呈圆锥体的物件。

可现在的导弹却与我们认知中的传统导弹越发不同,身体并不是个标准的圆柱体,脑袋也不是一个标准的圆锥体,以东风17为例,一眼看去,有些地方平,有些地方圆,一枚导弹,为什么要造得这么奇怪呢?这么做其实是为了能够让导弹飞得更快、远超音速。外形对速度影响这么大吗?当然。一个物体的移动速度主要取决于两个方面,一是动力,二是阻力。

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平日里我们总是把注意力集中在动力上,而忽视了阻力,为什么呢?因为我们的速度太慢了。

在地球上移动,一个最重要的阻力来源就是空气,慢速移动时我们经常忽视空气的存在,可一旦速度加快,空气阻力便会随之增大。所以从汽车到飞机都非常注重外形的设计,其目的就是为了要尽可能减少空气阻力,而这种为了减小阻力而设计的外形就被称之为“气动外形”。气动外形的设计可以帮助汽车和飞机提高移动速度,可如果速度进一步加快,达到了音速,那么普通的气动外形就不管用了,为什么呢?因为音障。

平日里空气看不见也摸不着,这使我们忽略了它作为一个实体的事实。

其实空气与其它物体一样,当我们推动它前进的时候会导致它发生形变。比如在我们挥拍击打网球的时候,如果将整个过程录制下来再进行慢速播放,就会看到在球拍击中网球的一瞬间,网球受挤压而发生了形变,接下来网球的形状会逐渐复原,最后弹开飞向远方。我们可以把空气想象成一个个这样的网球,当飞行器向前飞行时,会推动前方的空气,而前方的空气又会推动更前方的空气,以此类推向前传递。

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当飞行器低速飞行时,前方的空气会在形变、复原、弹开中不断往复循环,可一旦飞行器的速度达到一定程度,就会导致前方的空气不断形变压缩而来不及复原。

这就好比超人挥动网球拍,速度很快,始终在推着网球向前走,以至于网球没有办法复原并弹开。这样一来,飞行器前方受到挤压的空气密度就会显著提升,而两侧没有受到挤压的空气密度依旧如常,于是在两种空气之间就形成了一个明显的分界线,这条分界线就被称之为激波。

飞行器到底要飞多快才能导致这种激波的产生呢?这个速度就是音速。

激波一旦形成就会产生很大的阻力,从而阻挡飞行器进一步提速,就如同一个障碍物一般,所以就被称之为音障。一枚导弹要想成为高超音速导弹,首先要做的就是破除音障,而具体的方法就是改变外形,让自己成为一个“乘波体”。什么是乘波体呢?通俗来讲就是将音障激波变废为宝,不仅要破除它,还要让它为己所用,乘上激波、超越音速。

一个圆锥形的导弹,激波会在它的各个方向上产生,可如果我们改变导弹的形状,将圆锥体从中间破开,只留下一半,会发生什么?

由于上方变为了一个平面,所以激波只会在圆锥体的下方形成,这样一来,激波所产生的阻力就会变为承托导弹的升力,非但不会阻碍导弹,提速,反而还能为提速助力,这就是乘波体的原理。当然在实际的应用中,还要考虑很多问题,比如如何防止下方的激波流失,所以现实中的导弹并不是标准的半个圆锥体,而要比这更加奇怪,比如东风17高超音速导弹的这种外形就被称之为“锥导乘波体”。

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