火箭三级推进系统(我国完成2.3马赫双轨)
近日,在位于湖北襄阳的中国航空救生试验基地襄北滑轨试验场,由航空工业航宇救生装备有限公司操作,完成了最大速度近2.3马赫的双轨火箭橇试验,从而创造了我国双轨超音速火箭橇试验速度新记录。科学家们将“火箭橇”视为大国重器,此次实验标志着我国在这一领域的技术水平又向前迈进了一大步。估计很多朋友对“火箭橇”这一称谓还不熟悉,这个速度在国际上到底处于什么水平呢?
火箭橇与“风洞”
估计一些朋友对于“风洞”还算比较熟悉,这是用于检测飞行器性能的一个设施,其主体部分是在相对独立而且巨大的空间内,布设能够产生强烈气流的相应“发生器”以及输送这些气流的导流管道。当高速气流吹到模型表面时,通过事先在模型表面安置的监测设备,可以实时对气流状态、飞行器空气动力学特征以及受强烈气流影响等情况进行全面监测,为飞行器材料、结构和飞行参数的调整、优化和改进,提高抗压性提供充足的数据支撑。
目前世界上能够自主建造、实施高超音速“风洞”测试的国家,只有美国、俄罗斯和我国3个国家。我国近年来正加快推进35倍超高音速试验,而且已经成功进行了25倍音速的实验,在世界上已经处于领先地位。
不过,虽然“风洞”设施和试验是一种综合检测能力最强的地面气动力实验手段,但由于“风洞”不可避免地存在受封闭空间大小限制、墙壁干扰、飞行器模型品质等因素的影响,并不能完全开展实体飞行器的性能检测,比如大型飞机、超高音速飞行器、大型战斗机等,在利用“风洞”进行测试时,往往会产生数据不太准确的情况。
为了弥补“风洞”的不足,就需要另外一种设施来进行实体飞行器的测试,“火箭橇”应运而生。从这个称谓可以看出,这种设施包含着“火箭”和“橇”两个关键的描述,其实设施的主要内容真的与这二者有紧密的联系。“火箭”即是用火箭进行推进,提供加速和减速所需要的动力,而“橇”表达的是一种试验性滑轨,飞行器在滑轨上进行运动。
简单地说,“火箭橇”实验的主要内容,就是在专用的滑轨上,利用火箭发动机作为动力,对飞行器或者飞行器部件进行高加速、高减速气流作用,从而获取实体飞行器(有时也可以利用模型)相关测试数据。
与“风洞”实验相比,“火箭橇”提供的高速气流,是源于飞行器实际的高速状态而产生的,而非模拟产生,因此是解决飞行器实体在飞行前所面临的高速、高加速度技术问题必需的试验平台。“火箭橇”根据滑轨的特点,可以划分为单轨、双轨和三轨等,最为常见的是单轨。
我国“火箭橇”在世界上处于什么水平?开展“火箭橇”试验的最终目的,既能进行高速战机可变翼和导弹折叠翼试验,也能推动研发高性能弹射座椅,还能进行冲压发动机性能测试,当然还能进行一些高超音速武器的研发和测试工作,所以世界上的航空强国,都将“火箭橇”视为提升综合能力、彰显科技实力的“国之重器”。
但是“火箭橇”的建造难度极大,特别是对轨道的精密性简直到了“发指”的地步,作为一个成熟的“火箭橇”实验基地来说,其轨道直线性相对精度必须要达到百万分之一,所以轨道的长度越长,对精度的控制难度就越大。此外,“火箭橇”的建造成本非常大,建设周期也长,人力、物力和财力方面的投入成本非常高,不是一般国家能够承受的。目前世界上只有美俄英法中5个国家拥有“火箭橇”,也就是联合国的“五常”。
最先提出“火箭橇”设想的是德国,但这个领域内目前技术最强的还是美国。目前美国拥有多种规格滑道,试验场所数量达到16处,占据了世界的大半壁“江山”,其中最为先进的是在美国霍洛曼空军基地的“火箭橇”,总长度达到了16公里,2003年最高试验速度就达到了8.5马赫。
我国在“火箭橇”上的起步较晚,上世纪80年代末才开始在湖北襄阳建造第一条滑轨,于1987年正式建成,这是我国也是亚洲第一条“火箭橇”,其精度超过了美国的霍洛曼滑轨,但是长度只有3.13公里,而且能够支撑的最高马赫数(1.2马赫)和测试性能,都要远低于美国霍洛曼滑轨。
随着我国航空航天技术的飞速发展,对于“火箭橇”的需求进一步加大,我国在此基础上又将“火箭橇”的轨道长度增加到9公里,但仍然与美国相差甚远。
我国“火箭橇”的发展未来可期今年年初,我国兵器工业测试研究院发布消息,我国将计划把原来9公里的“火箭橇”轨道再次延长,达到16公里,其长度与美国最先进的保持一致。
而近期我国实施的最高速度2.3马赫的试验,也一举刷新了国内的新纪录,说明我们在“火箭橇”的轨道控制、建造和实际测试上,一直在努力追赶国际先进。未来,随着我国16公里长的“火箭橇”轨道全面建成以及相关领域技术的不断突破,我们就可以依托更为强大的试验设施,在高超音速飞行器设计和研发上,获取更大的成就。
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