如何在高超声速飞行时保护飞行器?试试让它们“出汗” 2023-10-31 

  

高超音速飞行产生高温。冷却系统类似于人类的汗腺。

  当高超声速飞行器飞行速度超过马赫数5时,飞行器会遇到超过2200℃的高温,如何保护飞行器不受高温影响?RTX技术研究中心认为,可以让它们“出汗”。
  高超声速飞行有望使航空业发生自1947年突破音障以来前所未有的变革。然而,事实证明,从超声速到高超声速比从亚声速到超声速更具挑战性。
  最大的挑战之一是飞行器本身以超过5倍声速飞行时产生的巨大热量。在这种温度下,除了最奇特的材料外,所有材料都会熔化或无法使用。这意味着高超声速飞行器经过精密设计和加工的线条,尤其是前缘,会迅速变圆和变形,完全改变飞行器的空气动力学特性。
  避免这种情况的方法是冷却飞行器的蒙皮。对于传统系统来说,这意味着增加重量和复杂性,而工程师们并不特别喜欢这样做。
  作为一种替代方案,RTX公司根据一份DARPA合同,正在研究利用我们用来消暑的机制——出汗——来冷却高超声速飞行器。
  这个想法是在高超声速飞行器的前缘加入一个微通道网络,以类似人类汗腺的方式将液体输送到皮肤表面。当液体到达皮肤表面时,就会蒸发,带走热量。这样,飞行器就能保持足够的冷却,以维持其空气动力学性能。
  据RTX技术研究中心的项目团队负责人约翰·沙龙介绍,他们利用预测建模和先进的微型加工技术,制造出了一个信用卡大小的楔形试验品。试验过程首先将其置于一个被描述为“大型火焰枪”的燃烧器上,然后用电弧将气体加热并膨胀到更接近模拟高超声速飞行条件的高温和高速。
  沙龙说:“当以超过5倍的声速飞行时,温度会在几分之一秒内迅速升高。参与建模的团队成员在估算试验品的存活时间方面做得非常出色。”
  下一步他们将改进该技术,将排汗通道变小,并将试验品放大到全尺寸高超声速飞行器的规模。如果这项技术被证明是成功的,那么它也可能适用于其他问题,比如保护燃气轮机叶片。 (航柯