新一代的超音速武器,最快可达到音速的5倍!将会主导未来战争!

新一代的超音速武器,最快可达到音速的5倍!将会主导未来战争!
2019年11月19日 09:44 新浪网 作者 宝妹美食分享

空军研究实验室正致力于新一代高超音速武器的早期研究工作,这些武器是在现有的军火库的基础上设计的,它们在新的方向上扩展了高超音速任务选项,并引入了新的空中交通工具配置。

五角大楼和军事部门一直在大规模快速跟踪高超音速武器的发展,考虑到发射能够以五倍音速飞行的武器对战争的深远影响;许多项目已经在进行中,目前的估计是,一套初始的高超音速武器将在2020年代早期投入使用。今年早些时候,空军进行了第一次超音速导弹原型飞行测试;该服务从一架B-52上发射了AGM-183A空中发射快速反应武器的一个传感器专用原型。

这些武器的优点是不言而喻和多方面的;他们包括更大的攻击范围,以及一个大大增加的能力,以击败,规避,甚至摧毁敌人的防御。高超音速攻击自然会减少敌人的任何类型的反应时间,可能会在敌人有机会回应之前击中或摧毁目标。

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五角大楼和军方已经在加速高超音速武器测试和开发方面取得了一些成功,但在完善当前和未来高超音速武器飞行所需的技术方面,还有很多工作要做。设计武器以五倍于音速的速度移动依赖于一种管理能力,并有效地最小化武器的热量。在那样的速度下,过高的热量不仅会烧毁武器,使其无法飞行,还会破坏或偏离其飞行轨迹。

因此,高超音速飞行的根本挑战在于需要控制在这些速度下达到的极端温度,这些因素可能会阻止、复杂化或使成功的高超音速飞行失效。AFRL的开发人员告诉warrior,在这个研究范围内的一个重点领域涉及几个复杂的空气动力学挑战,比如管理飞行中的飞行器周围的气流。被科学家称为“边界层”的高超音速武器飞行轨迹的气流特性极大地影响了系统的稳定性——其中大部分与温度有关。

“我们正在研究边界层现象,以更好地理解高超音速武器上的热流。这将使我们能够对热管理进行优化。“我们设计这些系统是为了提供我们所追求的速度、范围和杀伤力。”

气流边界层的科学是极其复杂的,但它与高超音速飞行稳定性相关的几个关键空气动力学概念是一致的。简而言之,工程师们希望制造先进的高超音速武器,产生“层流”或平滑的气流边界层,而不是“湍流”气流。根据悉尼大学航空航天、机械和机电工程学院的一篇论文,在飞行中,飞行器周围的气流(通常由气流中的运动或粒子碰撞组成)运动、混合或搅动得越多,它就变得越不稳定。

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边界层可以是层流的,也可以是紊流的。层流边界是指流动在层中发生的边界。每一层都滑过相邻的层。这与湍流边界层形成了对比,湍流边界层有强烈的搅动。重点是湍流边界层产生很高的“传热率”。“可以看到一包包的液体在移动。因此,与层流边界层相比,在更大的范围内存在着质量、动量和能量的交换。综上所述,与层流边界层中已知的微观质量交换相反,湍流边界层在宏观层面上涉及跨层混合。

所有这些导致了科学家们目前关注的一个领域,他们正在试验更多的方法来确保高超音速飞行器周围的层流气流边界。根据美国宇航局、AFRL和凯斯西储大学发表的一篇题为《高超音速边界层过渡飞行试验推荐》的重要论文,层流边界层是将高超音速飞行推进到新一代的必要条件。

“下一代高超音速飞行器的设计目标是尽可能长时间地保持层流边界层,以最小化加热。边界层的微小扰动可以激发各种不稳定模式。气温升高会带来挑战;它加强了武器的热信号,使传感器更容易跟踪。高温挑战也会带来困难,因为它需要设计一种能够承受高温并在高速飞行中保持完整的武器。因此,高超音速武器——以及洲际弹道导弹——都是由特殊设计的耐热材料制成的。Sakulich强调,目前AFRL的工作就是沿着这些路线,集中于寻找新的复合材料。

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高超音速推进技术的改进不仅将提高现有武器的效能和弹性,而且还将使更大、更长或不同形状的攻击武器成为可能。例如,美国国家航空航天局- afrl - case西方的文章,介绍了额外的技术复杂性,可能需要提高高超音速飞行稳定性的“再入”机构,如那些用于核武装导弹。

一般来说,这种知识(边界层管理)的应用仅限于简单的形状,如板、锥和球体。然而,实际上再入飞行器从来都不简单。例如,较粗糙的表面材料或具有较少线性配置的武器运载工具带来了额外的复杂变量,据信会影响高超音速飞行的稳定性。增加高超音速飞行器层流边界层特性的工程科学方法,似乎可以帮助为新一代高超音速配置奠定基础,例如不同形状的无人机或带有不同弹头的武器。

兰德公司的一篇题为《阻碍新武器种类的扩散》的有趣文章解释说,热信号受到武器的形状、大小、速度和轨迹的影响。“机头半径越大,机头的传热越小。轨迹形成,即速度和高度,也可以用来管理RV(再入飞行器)上的总传热,同时满足其他输入要求和约束,如距离、最大减速和飞行时间。

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高超声速武器与再入体相比有不同的约束条件和要求。HGVs(高超音速滑翔飞行器)和HCMs(高超音速巡航导弹)将趋向于具有锋利的前缘,即。“在美国,一个小的鼻子半径,这将增加传热。”此外,大多数高超音速武器需要在高速度下长时间飞行,与以高超音速飞行的再入体相比……因此,“总热量方程中的两个主要参数,速度和时间,通常不能被简化。”兰德的论文说。

整体高超音速武器的发展,你可以称之为,完全符合空军的长期高超音速战略,这确实需要一个“梯级”战略方法的超音速。正如预期的那样,是高超音速武器,这一努力现在正步入正轨,将在未来几年出现。超音速,竟能达到音速的五倍,估计敌人没反应过来就game over了,不过我相信,未来我国的武器一定是最强的!

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