超高音速武器的设计难点在哪里？
这几年高超音速武器发展的很热潮，特别是随着我国东风17高超音速导弹的批量装服役，和俄罗斯相继亮相包括匕首、先锋、皓石等多款不同类型的高超音速武器之后，似乎预示着未来的战
这几年高超音速武器发展的很热潮，特别是随着我国东风17高超音速导弹的批量装服役，和俄罗斯相继亮相包括匕首、先锋、皓石等多款不同类型的高超音速武器之后，似乎预示着未来的战争中高超音速武器将彻底成为战争主角。虽然从高超音速导弹的速度界定来说，只要最大飞行速度超过5马赫就算是高超音速武器，而现在很多战机的最大飞行速度都超过了2马赫以上，很多空空导弹的最大飞行速度更是达到了4马赫的门槛，所以再加把劲似乎就能很快的踏入高超音速武器大门，那么为什么连美国这种军事强国、科技强国至今没有装备服役高超音速武器呢？要知道早在十年前美国就率先进行了X51高超音速导弹的试射活动，并且在部分测试中还取得了成功。的确仅从实现速度来说的话，要想踏进高超音速武器门槛似乎不难，毕竟现阶段很多弹道导弹的末端飞行速度都能达到5马赫甚至更高，所以光是以速度来界定的话，那像伊朗、朝鲜这类已具备自研中远程弹道导弹的国家也算是踏进高超音速大国门槛了。其实对于真正具备实战化的高超音速武器至少要具备速度要够、更快速度下还能打得准的能力，也就是说导弹就算是在超过5马赫以上的高超音速飞行速度下还要能够实现机动控制和通信控制能力才行，而且在这个过程中还要克服最基本的热障和黑障这两个问题。首先从速度超过5马赫以上后的真实环境来说吧，当速度更快以后，首先在物体表面会产生气动加热问题，那么随着飞行速度越来越快和长时间高超音速飞行之后，就会遇到热障问题，而热障问题不仅对飞行器的外表蒙皮会产生结构上的影响，同时因为热障下的介质激波问题飞行器很可能短时间内空气阻力暴增，继而失控直接空中解体坠毁。所以这个时候要想克服高超音速下的激波增阻问题，就涉及到乘波减阻问题上了，这个问题核心在于空气动力学和热力学下的气体分离以及流体力学问题了，要是细说的话可能光是嘴说就得好几个小时。所以还是简单点用人话来解释说一下吧，因为速度的增量和物体的加速度增量是有直接关联的，也就是说要想飞行速度更快就要推力更大的发动机工作更长的时间，但是这样的话导弹的体积和重量就无法控制了，所以为了在保持一定重量和体积的前提下，尽可能的增加导弹的射程和速度，就要想办法让高超音速飞行器的飞行阻力更小和升力更大，而这就是“乘波体设计概念”，也就是所谓的“打水漂弹道飞行模式”。但是升力的大小直接和气动面积有直接关系，气动面积越大升力越高，但是气动面积增加后伴随着气动阻力也会增加，所以这就要求高超音速武器能够解决高升力、低阻力同时还有超远的滑翔比，也就是说高超音速弹头为了降低气动阻力其气动面积要尽可能小的同时，还要能够产生更大的升力和滑翔比。但是随着速度增加后不是说战争中随便发射出去打哪是哪就行，而是要能够精准的击中预定目标才行。所以这个时候就要求弹头在高超音速飞行速度下，还要具备机动控制能力。普通的飞机机动控制是依靠襟翼的偏转来实现的，所以为了实现不同方向上的飞行控制，不管是客机还是战机都有很多气动控制面。但是前面也说过气动控制面增加后会直接增加飞行器的气动阻力，而且高超音速的乘波下，普通的气动面根本不能实现有效的气动偏差控制，所以就要想办法尽可能的让整个弹头处于高超音速飞行速度下的同时，用于机动控制的气动翼面在满足尽可能小的面积下的气动阻力时，气动翼面能够处于可控的亚音速飞行速度下。但是明明整个弹头都处于飞行速度超过5马赫以上的高超音速环境下，你让其弹头上的某个气动控制面处于飞行速度低于因素的亚音速环境下，这不是天方夜谭吗？其实这并不是天方夜谭，而是限制很多国家真正踏入高超音速武器门槛的技术壁垒。美国几年前试验的HTV-2猎鹰高超音速飞行器因为无法实现气动翼面控制，所以在整个高超音速弹头内部内置了多个微型气动发动机，多个发动机朝不同方向喷出高速气体来控制整个飞行器的飞行姿态，这不光增加了整个控制系统的难度，而且对于HTV-2猎鹰这种利用更扁的弹身来实现更快速度下的气动减租和高升力的气动布局而言，也存在控制精度不佳的缺点。反观我国的东风17装备的高超音速弹头气动设计，其采用了一个类似三角形但是又有一个大平底结构的气动设计，首先这个大平底能够产生更大升力的同时降低整个弹头的气动加热问题，而且也能让弹头上表面气动阻力更低和不易发生黑障问题。其次其三角形结构设计天生就具有一定的气动稳定控制力，可以使得东风17的高超音速滑翔弹头在高超音速飞行环境下飞行姿态更稳定。当然不得不佩服的是东风17的弹头所采用的边条翼减阻降速设计，我们可以看到东风17的弹头两侧各有一道延长至弹尾的大边条，这个大边条不光能够在高超音速飞行速度下产生激波来增加升力，而且随着飞行速度更快以后，这个大激波还能为后面的气动控制姿态的可控弹翼实现一个绝佳的低压区，让其能够处于低压区的亚音速下实现翼面可控能力。简单来说就是随着飞行速度越来越快，从弹头开始的两侧大边条会对前面而来的空气进行一个预压缩过程，继而产生一个类似“超空泡”的环境，这样导弹被包裹在空泡内，不光极大的降低了气动阻力，而且空炮产生的气动升力更大，同时还能为空炮内压力更低的尾部启动控制翼面提供一个可操作环境，以实现东风17的精准打击能力。
