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高溫?zé)岱雷o(hù)技術(shù)
發(fā)布時(shí)間：
2022-02-21
1996年美國(guó)政府制定了ARRMD和Hyper-X計(jì)劃[89-94]，著重研發(fā)高超音速飛行器，驗(yàn)證機(jī)機(jī)型為X-43，包括X-43A，X-43B，X-43C和X-43D型號(hào)。其中X-43A飛行速度最高達(dá)到9.8Ma，其主體結(jié)構(gòu)為鋼梁，鋼和鋁合金蒙皮、后隔板。其中后隔板由鈦合金來滿足熱防護(hù)性能要求。
1996年美國(guó)政府制定了ARRMD和Hyper-X計(jì)劃[89-94]，著重研發(fā)高超音速飛行器，驗(yàn)證機(jī)機(jī)型為X-43，包括X-43A，X-43B，X-43C和X-43D型號(hào)。其中X-43A飛行速度最高達(dá)到9.8Ma，其主體結(jié)構(gòu)為鋼梁，鋼和鋁合金蒙皮、后隔板。其中后隔板由鈦合金來滿足熱防護(hù)性能要求。飛行器上下表面采用1.3cm氧化鋁增強(qiáng)熱障陶瓷進(jìn)行熱防護(hù)，外表面含纖維增韌涂層。熱流密度較大的機(jī)翼前緣部分采用C/C復(fù)合材料，表面覆蓋一層SiC材料。機(jī)身前緣采用被動(dòng)熱防護(hù)方案，表面包裹一層C/C復(fù)合材料，最高能承受1649℃，其表面覆蓋一層SiC涂層。圖36為X-43高超速飛行器示意圖。
圖36 X-43高超速飛行器示意圖
1999年美國(guó)NASA開始X-37項(xiàng)目，由波音公司研制的X-37B試驗(yàn)機(jī)，其飛行速度可達(dá)到20Ma，在軌時(shí)間長(zhǎng)達(dá)270天。該機(jī)型采用單片增韌抗氧化復(fù)合結(jié)構(gòu)(TUFROC)，最高承受溫度可達(dá)1700℃，密度僅為增強(qiáng)C/C的四分之一[95-98]，圖37為X-37B圖。
圖37 X-37B圖
2011年美國(guó)海軍、波音公司和惠普公司共同開發(fā)“高超聲速飛行技術(shù)演示計(jì)劃(HYFLY)”[99, 100]。該計(jì)劃驗(yàn)證機(jī)飛行速度最高可達(dá)到6.5Ma，整體采用鈦合金，從2005年到2008年先后進(jìn)行了4次飛行試驗(yàn)，均告失敗。圖38為HYFLY驗(yàn)證機(jī)示意圖。
圖38 HYFLY驗(yàn)證機(jī)示意圖
2003年美國(guó)開始FALON計(jì)劃[101-104]，目標(biāo)研發(fā)速度可達(dá)20倍音速的飛行器。其中驗(yàn)證機(jī)型X-51A計(jì)劃目標(biāo)是開發(fā)Ma為5~7的可以在1h內(nèi)對(duì)全球進(jìn)行打擊的飛行器。2009年和2011年兩次試驗(yàn)均告失敗，2012年第三次試驗(yàn)速度達(dá)到5倍聲速，飛行約230海里。圖39為X-51A示意圖。
圖39 X-51A示意圖
俄羅斯也在大力發(fā)展高超聲速飛行器技術(shù)，1991年實(shí)施“冷”計(jì)劃，驗(yàn)證機(jī)型SA-5“甘蒙”導(dǎo)彈，最高飛行速度可達(dá)到6.5倍音速，圖40為驗(yàn)證機(jī)型布局結(jié)構(gòu)圖。除此之外，俄羅斯還開發(fā)了“彩虹-D2”和“鷹-31”驗(yàn)證機(jī)型，其最高飛行速度可達(dá)到6.5Ma和5.5Ma。上述計(jì)劃飛行器技術(shù)均處于世界先進(jìn)水平[105, 106]。
圖40 SA-5甘蒙導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)圖
圖41 針對(duì)不同溫度范圍和運(yùn)行時(shí)間的熱管理方法
對(duì)于不同類型的航空飛行器應(yīng)采用不同的熱管理策略，圖41是針對(duì)溫度和時(shí)間分類的航空飛行器。例如X-15采用熱沉方法，因?yàn)樵擄w行器飛行時(shí)間短且溫度適中。SR71由于飛行時(shí)間更長(zhǎng)，溫度適中，所以使用高溫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
圖42為航天飛機(jī)表面溫度分布圖，采用了傳統(tǒng)的鋁蒙皮結(jié)構(gòu)，由于要在350℉條件下反復(fù)使用，應(yīng)用防熱瓦作為隔熱材料在迎風(fēng)面，背風(fēng)面用隔熱毯。飛機(jī)前緣采用碳碳材料。
圖42 航天飛機(jī)表面溫度分布
參考文獻(xiàn)：
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