读者 潮起潮落 问：“东风”17导弹在2000℃环境飞行，隔温耐热问题如何解决？
李文盛：高超音速飞行器在大气中飞行，速度达到8马赫时，飞行器的头锥部位温度可达2000℃，其它部位的温度也将在600℃以上。为解决隔温耐热问题，这类武器在设计上通常采用以下方法。 一是普遍采用耐热材料。长寿命、耐高温、抗腐蚀、高强度、低密度的结构材料，对于高超音速飞行器非常关键。例如，美国X-43高超音速验证飞行器的头部采用钨，机翼前缘和垂直安定面采用碳-碳复合材料，机翼采用哈氏钴铬钨镍合金，而且飞行器的外表面覆盖有耐热陶瓷瓦。
▲ X-43A飞行器。
二是采用热结构一体化设计。高超音速推进系统由于存在极强的热负载，需要燃料本身在循环过程中对许多部件承担冷却任务，因此在机体设计中，使用了燃料供应与冷却系统设计一体化。专门的冷却系统，可以将燃料通过弹体壁毛细循环，用低温燃料冷却弹翼前缘和弹头扩展部位等发热的关键位置。液氢等低温燃料和冷却剂经过循环加热后，不但带走热量，还使自身温度上升，提高了燃烧效率。 三是加装隔热和散热材料。在弹舱内壁增加隔热材料，保护舱内仪器正常工作。在弹头烧蚀严重的端头部使用烧蚀散热涂装材料，当发生严重烧蚀时，这些涂装材料能吸热融化，随气流烧蚀分离，带走大部分热量。
▲ 美国NASA在运载火箭上采用了泡沫隔热喷涂材料。
四是优化气动设计。高超音速飞行器通常要求尽可能地减轻结构重量，因此高超音速空气动力/热力学对其发展非常关键。当飞行器以高超音速飞行时，会产生很强的激波，激波与附面层之间产生相互干扰，在高超音速气流驻点附近产生极高的温度，能使附近的气体分解和电离，形成相当复杂的混合气体。因此需要优化设计，减少激波，避免或减少驻点的形成。
▲ 亮相2019年国庆阅兵70周年阅兵式的“东风”17导弹。
作为助推滑翔式的“东风”17高超音速弹头，虽然缺少专用的动力系统，但在优化气动设计和采用耐热、隔热材料方面显然技术已经趋于成熟。
本文由《兵器知识》杂志社与科普中国·光明网军事科技前沿联合出品。
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