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“星空2号”厉害在哪？就是这个“啤酒肚”

2018-08-18 21:38:00

我要分享

但后来大家发现要想提高性能，不仅要去掉“大肚子”，而且还要做成“月牙形”

典型按传统理论计算得到的高超声速乘波体气动外形，要把“啤酒肚”长回来可不容易……

这只是维持稳定、平直飞行所要求的基本气动问题，机动飞行是另一个问题。不管用什么办法，单纯改变飞行器的指向是不管用的，没有足够的侧力，基本飞行轨迹依然按照惯性向前侧滑。侧力在本质上是在侧向上产生的升力，产生侧力的机制与产生升力的机制是一样的，但用于克服重力的基本升力还是要继续提供。换句话说，稳定转弯时，升力的垂直向上的分量用于克服重力，水平分量才是转弯所需的侧力。两者之比代表了飞行器产生侧力的能力，战斗机用g代表的机动性就是这个意思，9g意为可产生9倍于重力的侧力。深究起来，这又回到升阻比上去了，没有足够的升阻比是不可能有多少余力产生侧力的，这也是旋成体的机动性在本质上受到限制的道理。

X-51A虽然名字叫做“乘波者”，其实它的外形并不符合乘波的要求，只是利用了压缩升力来维持飞行而已

“星空2号”研制单位正在进行的“人工转捩带”研制，这一技术用于超燃冲压发动机的进气口……所以，“星空3号”的动力就昭然若揭了

乘波体利用激波产生升力，也利用激波产生侧力。改变飞行姿态时，激波形状随之改变，在过渡过程中还可能产生扭曲，这就需要主动控制激波形状和位置了，难度比利用激波飞起来要高一个等级。中国航天空气动力技术研究院的微信公众号消息里提到自然转捩和人工转捩。转捩在流体力学里用于描述层流到湍流的过渡，转捩点决定了层流为主的附面层（也称边界层）的厚度。较厚的附面层影响传热，也增加阻力，最终影响激波的形成。人工转捩可能指对附面层厚度的主动控制，或许最终与主动激波形状控制有关。2017年中国《空气动力学报》里提到激波装配法，就暗示了通过附面层厚度控制激波边界的问题。

“星空2号”的具体形状没有透露，但从已经公开的文献来看，中国解决了下表面隆起的乘波体设计，而且线形比传统文献中更加饱满，有效容积更大。有理由相信，“星空2号”采用了相关技术。相比之下，美澳合作的HiFIRE4（也称HyShotV）采用线形更加简单的“梭镖体”，而且具有相当大的下垂翼尖，估计用于产生压缩升力，气动设计水平还不及HTV-2的月牙形剖面“梭镖体”。有意思的是，很多公开图片中经常展示HiFIRE4翼尖向上的状态，可能是用于迷惑“路人”的。但在《航空周刊》的资料中显示了真正飞行状态下翼尖向下的姿态，泄密了。

不跟你说的话，你能分辨出哪个是中国的，哪个是美国的高超音速试验火箭么？

X-51的主要研究目的是超燃冲压，气动外形考虑了用激波产生升力的问题，但有效气动控制和机动飞行不是主要研究目的，因为不期望超燃冲压能有足够长的工作时间（实际达到140秒，连火箭助推段和熄火后滑翔段达到M5以上共210秒），只要保证稳定飞行就是胜利。事实上，到现在为止，“星空2号”是世界上第一个在公开报道中实现高超音速大幅度机动飞行的。从这一点来说，“星空2号”就是真厉害了。

X-51的意义不容低估，其气动设计和超燃冲压绝对是有借鉴意义的。但以X-51在8年前就实现了210秒M5飞行来否定“星空2号”，就像“我们在宋朝就发明火箭了”来否定二战V2导弹一样，缺乏实际意义。强调HiFIRE可以达到M8也是一样，助推-滑翔型高超音速飞行器的释放速度不是最大的挑战，机动飞行才是，而HiFIRE4的飞行时间才5秒，计划中的HiFIRE 8也只有30秒（一说60秒）。

“星空2号”不是十全十美的。完美的高超音速乘波体应该配备超燃冲压发动机，最好还是TBCC（TurbineBased CombinedCycle）那样与涡喷相结合的组合循环发动机，可以完成从水平起飞到水平着陆。厦门会议上透露，中国在超燃冲压和TBCC方面的发展也很快，详情请见《中美高超音速飞行器谁离星辰大海更近》。“星空2号”的射程也相对有限，400秒的M6飞行大约相当于650-700公里飞行距离，采用BP-12A的助推级也意味着飞行器重量有限。但中国的高超音速科技树枝繁叶茂，“星空2号”只是惊鸿一瞥。

早先公开的HIFiRE4飞行器的照片让人以为它是有“啤酒肚”的先进设计

其实……它还是个“月牙形”

“星空2号”的“啤酒肚”是它最厉害的标志

中国高超音速技术领先了，但美国的高超音速发展是走了弯路的。美国强大的空中力量使得短程弹道导弹显得多余，中导协议又禁止了中程导弹的发展，一步跳到洲际导弹级的HTV-2又技术跨度太大，所以在乘波体和飞行控制方面落后了。美国的重点在超燃冲压，只有首先突破有效、可靠的动力，高超音速对美国才有意义。当然这方面也没有真正突破，造成美国今天的困境。

但科学技术不是巫术，中国做得到的，假以时日，美国也做得到。这话平常是反过来说的，但在高超音速方面还真得这么说。发达国家不是一夜之间发达起来的，人家也在努力领先，但中国也有厉害的地方，高超音速就是一个例子。回到一开始的问题，“星空2号”厉害吗？厉害的！后面还有更厉害的！