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美国空军的下一代轰炸机
要么亚音速的高度隐身的道路。

很长时间以来,美国空军在亚轨道高超音速飞行器研究方面下了很大的功夫。亚轨道飞行是大气层和轨道空间之间的边缘地带。这里远远超过通常依靠空气升力的飞行高度,空气稀薄,飞行阻力很小,有利于高速飞行。在这样的稀薄空气里,飞机不再依靠机翼产生升力,而是通过所谓乘波体的原理,由机体直接产生升力。用水上的例子来比拟的话,普通船只依靠排水量产生的浮力,这相当于气球,静止状态也照样漂浮;水翼船依靠水翼产生动浮力,也就是说,只有在一定速度下才能产生浮力,这就相当于机翼产生升力的的动力飞行情况;冲浪则靠水对冲浪板底面的动压力将冲浪板托举起来,这就相当于乘波体了。高超音速飞行产生强大的激波,激波就是空气受到强烈压缩后密度急剧升高的现象,所以激波的锋面好像石墙一样坚硬,乘波体坐在这锋面上,就好象冲浪者站在冲浪板上一样。对于在稀薄高空的乘波体来说,气动设计的关键在于用最小的阻力将空气“圈进”机体的下表面,产生动压升力,所以这种通过对空气压缩产生升力的机制也叫压缩升力。

高超音速飞行在理论上是一个很大的挑战,传统的空气动力学原理很多都不能用了。由于压缩升力取决于对空气的高度压缩,压缩过程中的热力学现象成为飞行特性的重要组成部分,原本相对单纯的空气动力学(aerodynamics)研究变成空气热动力学(aerothermodynamics)了。

另一方面,高超音速飞行的动力也不同于大气层中飞行的普通飞机。涡轮类喷气发动机(涡喷或涡扇)的压缩机都需要在亚音速气流中工作,所以超音速飞机的进气道的主要目的之一就是将超音速气流减速到亚音速。进气在燃烧室中受热膨胀之后,通过收敛-扩散喷管(也称拉瓦尔喷管,以瑞典人古斯塔夫·德·拉瓦尔命名)加速到超音速,从而产生超音速的推力。这样的减速-加速过程造成的推力损失在高超音速时尤其明显,实际上,涡轮类喷气发动机具有理论速度极限,3.5倍以上音速基本上就将阻力超过推力了。高超音速飞行的动力需要另辟蹊径。

收敛-扩散喷管是一个有趣的现象。奥地利物理学家恩斯特·马赫的重要贡献之一就是发现流速和流道面积的关系。在音速以下时,流速随流道面积缩小而增加,这个现象在自然

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点击数:  更新时间:2011-5-20 11:02:09
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