印媒:中国开始研究高超音速轰炸机,试验6马赫数投放武器的能力

旋翼飞行器
2022-09-24 19:38 来自北京

我发现印度媒体现在比我国不少科研人员还要更关注中国在航空航天领域尖端技术的发展,前几天刚看到印度媒体对南理工翁春生教授关于爆轰发动机经济性燃料技术的文章,今天又看到印度媒体刊发了一篇解读超高速所和重庆大学合作发表的新论文的内容。

印媒《欧亚时报》是这样描述这篇论文的:中国宣称已经开发出了世界上最先进的“能够评估飞行器在高超音速情况下投放武器能力”的一套系统。印度媒体嘛,讲话总归是略有一点小夸张,事实上,我通读这篇论文全文,并没有看到什么宣称开发出世界上最先进的XXX系统这样的表述。

下面且来看看印度媒体对咱们最新科技成果的报道。

按照印度媒体的说法,位于四川绵阳的 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所(简称超高速所)已经开发出了一种新的高超音速捕获轨迹系统(Captive Trajectory System;CTS),该系统使用两套机械臂支撑系统分别操纵一架“原型机”及其“载荷”。

上面这张图片就包含了印度媒体所说的两套支撑臂和“原型机”以及“载荷”。印度媒体说这是中国在高超音速武器方面长期努力的最新成果,并指出:许多分析人士认为,中国在发展高超音速武器方面取得了重大进展,已经超过了其长期对手美国。目前还不清楚印度媒体所谓的许多分析人士是指哪些?不过按照这种说法,应该是那一批急着吼着要五角大楼赶紧给美军打钱的那批人了。事实上,在超高速所这篇论文里,试验模型是此前研究的两级入轨(TSTO)重复使用航天器的1:100缩比模型,如下图所示。

在该论文中,两级模型以并联形式组合。一级模型通过常规直杆尾支撑正装于下方的捕获轨道系统机构上;二级模型通过弯杆尾支撑正装于上方的捕获轨道系统机构上。

印度媒体指出,捕获轨道系统CTS开发于上世纪60年代,长期以来都被军事研究人员用来在在飞行测试之前评估飞行器/载荷一体化项目。

该系统通常使用一台小型机械臂在风洞中将有效载荷从飞行器上拉出,从而模拟两个物体在高超音速下分离的过程。

印度媒体称赞这篇论文的创新之处:由林敬周主导的这个项目所开发的这种捕获轨道系统创造性地采用了两套机械支臂系统而不是传统的单个支臂系统,从而使得整个系统在模拟过程中更加灵活和接近真实情况。

▲双 CTS 试验过程中不同分离时刻纹影照片

印度媒体还指出,林敬周及其团队“宣称”:迄今为止,其他国家提供的CTS测试仅支持单体运动,在高超音速范围内,没有关于CTS被应用的具体报道。这一点在论文中有所体现,在引言中有提到迄今为止,国外的CTS实验技术主要还是集中在亚跨超范围内,暂不涉及高超音速范围。

印度媒体还专门列了一个小节来分析林敬周及其研究团队在这项研究方面所面临的挑战。其指出,根据论文描述,林敬周团队所研发的这种双臂CTS可以让研究人员在仅3.3英尺的风洞中以6马赫的速度复现高超音速多体分离的情况,并对其周围的流场演变进行细致的分析。

不过,印媒话锋一转:林敬周警告称,在如此高的速度下将飞行器与有效载荷分离可能存在风险。当高超音速飞行器与另外一个物体分离的时候,可能会形成冲击波、涡流和其他气流模式,从而增加飞行器与其他有效载荷发生碰撞的可能性。

所以,高超音速状态下,多体之间能够安全分离会成为一个大问题

在6马赫数的试验中,研究小组观测到了高超音速飞行器与分离载荷之间的激波。两级模型中间的区域因为激波在表面上来回反射,形成了激波串,从而使得模型之间的干扰变得异常复杂,包括由激波与激波的干扰、激波与边界层的干扰等流动现象,使得两级模型的气动力都出现非线性的变化,尤其是俯仰力矩变化的波动情况异常显著,这种情形导致分离载荷的飞行速度减慢,并会出现奇异的俯仰姿态改变,从而使得飞行器处于被撞击的危险之中。

由于出现了一系列的侧向激波,飞行器模型滚转姿态进入了不稳定状态,不过研究人员表明,他们可以通过改变模型飞行器的相对运动和有效载荷,从而在变化的飞行环境下建立一种更安全的多体分离方法。

印度媒体称,这项研究对于中国建立两级运输系统的“雄心壮志”也非常重要。这种两级运输系统目的是将武器或者客运飞船送到临近空间的高度,然后在一小时内将其投送到地球上的任何地方。

对于高超音速飞行器而言,试飞费用是非常高昂的,所以高超声速的飞行器的建造往往需要大量的数值计算和风洞试验。预先的试验也有助于防止后期一些事故的发生。不过风洞试验同样需要大量的工作来获得可靠的数据和信息。

印度媒体引用并稍加改编了论文中的原话:在高超音速风洞中安装两个机械臂是一种挑战,如果机械臂的位置和建造不正确,那么它们可能会堵塞风洞吹风,降低测试的准确性。

论文指出,高超声速风洞产生的强烈冲击要求机械臂能够承受激波冲击阻力的能量,并保证误差不超过1毫米。这些苛刻的要求对捕获轨道系统的精密马达、齿轮和控制系统带来了很高的要求和很大的压力。此外,在整个模拟过程中,两套机械支撑臂的运动必须根据实际飞行条件进行正确的协调和同步。

事实证明,在高超音速风洞中实现两套机械支撑臂之间的通信交流具有挑战性:因为在高超音速飞行试验过程中产生的电离子会干扰精密的电子设备。

印度媒体最后总结称:为了克服这些障碍,中国的研究人员不得不开发新的传感器、控制算法和高速通信系统。总体而言,中国科学家的最新研究可能有助于中国以最快的速度研制出高超音速轰炸机。(一下子就到高超音速轰炸机了,这个跳跃有点大,印度媒体的脑洞和联想能力确实可以的)。

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