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摩擦与“热障”_航空史

2020-01-07 航空史

摩擦与“热障”_航空史
 
当飞机高速飞行时,飞机表面与空气产生激烈的摩擦,摩擦力可使飞机的速度大为降低。而且摩擦生热,飞机飞行的动能在摩擦中转化为热能,使飞机表面的温度急剧升高。这种温度的升高会随着飞机飞行速度的提高而增加,它造成了飞机飞行的“热障”。
 
根据理论估算,在超过 11 公里的高空当飞机飞行速度的 M 数为 2 时(也就是等于音速的 2 倍时),飞机头部的温度可能达到 118°;当 M 数为 2.5 时(音速的 2.5 倍),温度可达 215°;当 M 数为 3 时(音速的 3 倍),温度则将升高至 335·。一般将 M 数达到 2.5 以上时,看作是出现“热障”的飞行速度。
 
在这么高的温度下,“热障”的表现是:制造飞机外壳的轻金属合金的结构强度和刚度降低,出现变形或破损,甚至局部熔融。飞机油箱的油也将达到沸腾的程度,无法正常供油,而且随时存在着因温度过高而骤然燃烧爆炸的危险。总之,“热障”在任何一个方面造成的损坏都可使飞机从高空中坠毁。
 
美国于 50 年代中期,开始探索解决热障带来的一系列问题。解决的途径是针对由于温度过高而出现的各种障碍来一一排除。比如针对飞机外壳材料耐热性能差的障碍,改用钛合金和不锈钢等耐热材料;安装冷却系统,以保证油箱能正常供油等等,也就是说,采取综合性的防热措施。
 
美国贝尔公司生产的 X—2 研究机,进行了克服“热障”的试验,1954年 5 月,第一架 X—2 在母机 B—50 上发生爆炸,但这并没有炸掉人们克服“热障”的决心。第二架 X—2 研究机由美空军飞行员埃费雷斯特完成了首次飞行。随后,X—2 又进行了 7 次飞行,并在 1956 年 9 月 7 日达到 36637 米的高度。1956 年 9 月 27 日,飞行员阿普特完成了一次史无前例的 M 数为 3.2 的飞行,这是首次突破“热障”。但该机在这次飞行之后失事坠毁。
 
突破“热障”的实用作战飞机是美国生产的 SR—71 和原苏联生产的米格—25。
 
1959 年,洛克希德公事根据美国空军的要求,着手研制一种 M 数为 3 的军用机 A—11,原型机于 1962 年 4 月开始试飞。之后,在 A—11 的基础上,美国研制了远程截击型的 YF—12 和战略侦察机 SR—71。这两种飞机的外形十分特殊,机身细长,采用三角形机翼。
 
SR—71 于 1963 年 2 月开始研制,1964 年试飞,1966 年 1 月交付使用。 90 年代初停飞。它的设计已经相当先进:最大平飞速度为 M3.2,巡航速度为M3,实用升限为 26600 米,机上装有天文一惯性导航系统、侧视雷达、地形跟踪雷达和各种照相侦察设备,每小时可侦察 15 万 5 千平方公里的面积。SR —71 大量采用耐热的材料钛合金制作,它占机体重量的 93%,这是克服“热障”的一个好办法。
 
米格—25 是 60 年代初,原苏联为对付当时美国正在研制的 M 数 3 的 XB —70 轰炸机而设计的。1969 年开始装备部队。米格—25 机体大量采用合金  
钢。它也是一种耐热材料,但结构比较笨重。米格—25 的最大速度可达 M3.2。 1971 年在埃及进行的一次试飞中,最大速度达到 3113 公里/小时<相当于M2.6)。它的实际升降 22000 米左右。米格—25 的电子设备大量使用电子管,设备布局分散,维护不便。米格—25 可挂 4 枚 AA—6 空对空导弹,能远距离发现,截获 M 数 2.5 以下的各种空中目标,实施全向攻击。