在2024年12月的格致论道讲坛上,中国科学院力学研究所公布了一款新的飞行器。
这款飞行器的速度高达6.56马赫,是一款新型的“高超音速飞行器”。对此不少军迷朋友更是直呼过瘾,因为我们的尖端武器终于不再藏着掖着了。
那么中国公布的这款飞行器,是在炫耀自己的尖端武器,并且对外发出警告吗?
格致论道讲坛演讲
谁才是“领头羊”
要知道,美国在2024年12月12日的时候,宣布了自己的高超音速导弹测试成功。而在更早12月10日,美国还首次在西太关岛地区成功进行了弹道导弹拦截测试。
美国人这又是“矛”又是“盾”的,说白了就是在警告“对手”国家,同时向别人炫耀自己的实力。
高超飞行器的概念图
但中国也用一款飞行器,成功告诉了全世界,到底谁才是高超音速领域的“话事人”。
最关键的是,我国公布的这款“6.56马赫飞行器”,重要的不是速度,而是它使用了一款叫“高压捕获翼”的新技术,使得它在速度之外,还有了体积上的优势。
无侦-8
也就是说,中国的高超飞行器之后甚至可以载货、载人!一旦将这些功能用在军事用途上,那它的威慑力将不容小觑。当然,这里我说的是威慑力,可没有说要警告谁,毕竟我们比较谦虚。
高超音速导弹的限制
要解释“高压捕获翼”这项技术,我们首先要解释一下当前高超音速飞行器领域一个难以解决的问题,那就是体积。
高超音速飞行器想象图
在高超音速飞行器领域有个现象,那就是速度越快的飞行器,其体积越小。
我们以导弹举例,当前现役高超音速导弹有两种结构构型,一种是双锥体高超音速导弹,一种是乘波体高超音速导弹。
双锥体导弹是由两个椎体拼接而成的导弹,在技术上,前方那个椎体在快速飞行时能刺破激波,这可以让后方那个椎体藏在激波范围内,从而达到减少激波阻力,提升速度的作用。
双锥体导弹
由此双锥体达到前端那个椎体越“细长”越“尖锐”,就越容易刺破激波,提升导弹的速度。
偏偏前方那个椎体往往又是导弹战斗部,是存放炸药的地方。
这也使得双锥体的导弹,前方那个椎体越小,其速度越快,同时其爆炸威力也就越小。
至于乘波体结构的导弹,在弹头空间上会更小。
激波是一种由空气组成的波。设想一下,在一片平静的水面中有一艘小纸船,那么我们投入一颗石子让水面产生水波,那么这艘小船也会被水波推着走。
波可以产生推力
由此可以看出,激波不仅会产生阻力,运用得当的话也能产生推力。
乘波体构型的导弹就是利用了激波的这种推力。这种构型的导弹将弹头设计成“铲子”一样的薄薄一层,并将其设计成一种特定的形状,于是就会出现导弹下面产生激波,上面几乎没有激波的情况。
那么这款导弹在飞行的时候,就会被下方的激波推着向上抬升,从而产生额外的升力。
但乘波体构型的导弹要想利用激波,其本身的弹头就得设计成薄薄的“一层”,这自然会严重限制导弹的弹头体积。
乘波体结构
由此我们可以看出,当前不管是双锥体结构高超音速导弹,还是乘波体结构的高超音速导弹,去爆炸部的当量都无法做大。
也就使得高超音速导弹的速度越快,其弹头当量也就越小。
高压捕获翼解决难题
但现在“高压捕获翼”技术的出现,就很好的解决了这一问题。
乘波体构型的弹头要想出现导弹上面几乎没有激波,下面有激波的情况,就得将导弹设计成薄薄的一层。
如果导弹变厚一点,那么导弹弹头上下就都会产生激波。
东风-17导弹是典型的乘波体结构
然后有个聪明人突发奇想,如果在导弹上方装一块板子,把上面的激波给接住,是不是也能产生额外的升力?
于是“高压捕获翼”诞生了,它用这么薄薄的一块板子,解决了乘波体构型的导弹只能做得很薄的问题。
并且“高压捕获翼”接住导弹上方激波的能力,对于双锥体构型的导弹也是同样起效果的。
因为“高压捕获翼”构型的导弹主要是上面那块薄板子在产生额外的升力,所以下面的弹头本体在体积上就可以造得比较大。
高压捕获翼结构
由此这项技术解决了高超音速导弹速度越快,其弹头当量越小的难题。
并且这项技术不仅仅是解决了导弹“速度越快当量越小”的问题。
因为高超音速飞行器都有类似的问题,任何高超音速飞行器在不使用“高压捕获翼”的情况下,必然是前端非常尖锐、非常细小的。
所以任何高超音速飞行器,其体积都是很小的。
东风-17导弹结构
这种小体积也使得其只能用于导弹。毕竟高超音速导弹可以容许不到1立方米空间的弹头。
但是在战机或者别的什么飞行器上,这不到1立方米的空间连个凳子都塞不进去,自然也就不能造出高超音速战斗机、高超音速轰炸机一类的飞行器了。
换言之就是,“高压捕获翼”技术诞生后,高超音速战斗机、高超音速轰炸机这一类的飞行器也有望出现。
高压捕获翼结构
中国对高压捕获翼的研究
其实“高压捕获翼”也不算一项新概念了,早在2013年,《中国科学技术科学》期刊上就有过“两个乘波体构型结构飞行器”的描述。
在中国空气动力学学报上,明确提到“高压捕获翼”技这一概念的论文最早可追溯到2020年。
而在格致论道讲坛,中国科学院力学研究所宣称我国于2021年在酒泉发射场进行了该款飞行器的试飞,这款飞行器飞行了大约20分钟。
相关论文截图
也就是说,当前首个“高压捕获翼飞行器”的试飞,距离现在都已经有3年了,这本身已经是一款相对成熟的技术概念。
如果从最早的论文开始算起,中国研究“高压捕获翼”这个概念,已经差不多10年了。
10年时间足以让我国对该项技术概念进行深度的研究,3年时间也足以让相关原型机在风洞里面吹很多次了。
现在中国把这项技术概念拿出来说,多半是这项技术已经相当的成熟,甚至接近实用。
高压捕获翼飞机概念图
由此在未来,我们可能看到弹头非常大的高超音速导弹,甚至可能看到高超音速轰炸机、高超音速客机等高超音速飞行器。
等中国采用“高压捕获翼构型”的飞行器诞生,中国在“高超音速飞行器”领域,又领先了美国一大步。
信息来源:
【1】中国科普博览·《从纸飞机到高超声速:机翼的进化之旅》
【2】中国科学·技术科学期刊:《A New Conceptual Configuration for Air-breathing Hypersonic Airplanes》
【3】空气动力学学报·《高压捕获翼构型跨声速流动特性初步研究》
【4】新京报·《美国首次在西太平洋关岛成功进行弹道导弹拦截测试》
【5】观察者网·《美国防部:成功试射常规高超音速导弹》