¿Cuáles son las tecnologías clave para los aviones hipersónicos?
Los principales trabajos de investigación y tecnología clave que deberían llevarse a cabo en la actualidad incluyen:
(1) Dinámica de gases a alta temperatura
La alta temperatura El efecto real del gas es el desarrollo de aviones hipersónicos, cuestiones importantes que deben tenerse en cuenta. Se han realizado muchas investigaciones sobre el problema del flujo de desequilibrio de gases a alta temperatura. No hay una comprensión suficiente de las velocidades de reacción química en flujos de gas a alta temperatura, especialmente cuando se combinan múltiples factores como la excitación de la libertad vibratoria, la disociación molecular y las reacciones químicas superficiales. Los principales problemas que existen actualmente son: las propiedades termodinámicas de los gases a alta temperatura, la selección de las constantes de velocidad de reacción y los modelos de reacción química. Todavía existen ciertas incertidumbres que conducirán a la distancia de desprendimiento de la onda de choque de la cabeza, el perfil de velocidad de la capa límite y la densidad. El perfil y las predicciones de parámetros importantes, como el flujo de calor superficial, están sesgados.
(2) Investigación sobre los fundamentos y nuevos conceptos de los motores scramjet.
Entre todas las tecnologías clave que pueden promover la realización del vuelo hipersónico con respiración de aire, la tecnología de propulsión ocupa la posición principal. El desarrollo de motores scramjet enfrenta muchos problemas técnicos desafiantes, que incluyen: flujo interno, estabilidad de la combustión y optimización de procesos de los motores scramjet en todo el amplio rango de velocidades de operación (especialmente cuando el número de Mach excede 8), y pruebas en tierra y diagnóstico de campo de flujo fino. pruebas de vuelo y tecnología de simulación digital; materiales de motor livianos y resistentes a altas temperaturas y tecnología de gestión térmica efectiva: investigar nuevas tecnologías de motores para verificar el rendimiento del motor a velocidades de vuelo superiores a Mach 8; integración del motor/aeronave Estudios de métodos de diseño (incluidos entrada/motor/; combinaciones de boquillas; aerodinámica integrada y protección térmica: coordinación entre una alta relación de elevación-arrastre y características de estabilidad de manejo: características aerodinámicas y diseño de integridad estructural: forma aerodinámica y requisitos de volumen de carga efectivo: optimización general de optimización de diseño multidisciplinario (MDO), etc.) para lograr una operación práctica y soluciones de aviones de diseño integrado de alto rendimiento; cómo convertir del modo de propulsión de baja velocidad al modo de propulsión de alta velocidad, especialmente en el caso de motores de geometría variable, cómo lograr la conversión de las condiciones de trabajo.
(3) Nuevos principios, materiales y estructuras de aislamiento térmico.
La mayoría de los sistemas de protección térmica de las aeronaves existentes están destinados a ojivas estratégicas, que se caracterizan por su apariencia simple, su corto tiempo y su alta tasa de calentamiento. El principal método utilizado es la protección térmica ablativa. Los problemas de protección térmica de la nueva generación de vehículos aeroespaciales tienen diferentes características: formas complejas de la carrocería del ascensor, densidades de flujo de calor medias y bajas y calentamiento a largo plazo. Para obtener buenas características aerodinámicas, generalmente es necesario utilizar tecnología de protección térmica no ablativa para mantener la forma de la aeronave y al mismo tiempo resolver el problema del aislamiento térmico interno durante vuelos continuos a largo plazo. Se estableció la teoría macroscópica de la protección térmica. Tecnología de protección térmica no ablativa: tecnología de diseño integrado de estructura resistente al calor: características de respuesta dinámica y mecanismo de daño de la estructura bajo la acción combinada de fuerza y calor, etc. Varios principios de aislamiento térmico, incluidos los pasivos (disipador de calor, aislamiento térmico, radiación superficial), semipasivo (conducción y radiación de tuberías de calor), activos (sudor, película de aire, convección de viento frío), merecen una discusión en profundidad.
En términos de tecnología de materiales de protección térmica del motor, la atención se centra en: materiales de paneles de pared de cámara de combustión de enfriamiento activo y materiales de tanques de propulsor de temperatura ultrabaja, que requieren enfriamiento pasivo o enfriamiento activo más duradero (es decir, refrigeración del refrigerante) )Sistema de protección térmica; la cámara de combustión debe enfriarse activamente. Aunque hasta la fecha se han probado y estudiado exhaustivamente muchos diseños candidatos diferentes para sistemas de protección térmica, no se ha encontrado ninguna solución que cumpla plenamente con los diversos requisitos operativos.
(4) Diseño del sistema de control con parámetros variables, respuesta rápida, gran robustez y alta eficiencia.
Para lograr una alta relación de sustentación y resistencia y una excelente maniobrabilidad, los aviones del espacio cercano generalmente tienen formas complejas y su velocidad y espacio aéreo cambian mucho durante el vuelo.
A diferentes velocidades, sus características aerodinámicas (relación elevación-resistencia, estabilidad y maniobrabilidad) también cambiarán mucho, lo que añade nuevas dificultades al control de vuelo. La alta maniobrabilidad requiere sistemas de control de respuesta rápida y grandes fuerzas de control para producir grandes sobrecargas.
El sistema de control compuesto implica una gran cantidad de cuestiones técnicas clave, como el diseño óptimo y el modelado de simulación del modo de trabajo del sistema de control compuesto, el diseño de la lógica de encendido del motor de control y el ciclo de control, la fuerza directa del chorro lateral y la relación entre el chorro y Modelado, análisis y cálculo del efecto de interferencia aerodinámica del campo principal, coincidencia de la frecuencia de funcionamiento del sistema de control con el ancho de banda del sistema de timón y la frecuencia del Pruebas de elastómero, túnel de viento y simulación en tierra del sistema de control compuesto.
(5) Aeroelasticidad de los aviones hipersónicos.
La envolvente de vuelo de los aviones hipersónicos modernos es muy amplia y la altitud de vuelo varía ampliamente en miles de Ma. Para aumentar el rango de maniobra, a menudo se adoptan configuraciones complejas con altas relaciones de elevación-resistencia. Debido a las estrictas restricciones sobre el peso estructural, el uso extensivo de materiales ultraligeros y de alta resistencia aumenta la flexibilidad del avión/misil. El fenómeno del calentamiento aerodinámico es muy importante durante los vuelos a alta velocidad y el sistema de control desempeña un papel cada vez más importante. En comparación con las velocidades subsónicas, transónicas y supersónicas tradicionales, la aeroelasticidad hipersónica causada por estos factores es muy diferente en la investigación, la experimentación y los métodos de cálculo y análisis teóricos. \El factor de acoplamiento aire/servo/termoelasticidad se ha vuelto muy significativo, la aeroelasticidad hipersónica se ha convertido en un tema de investigación importante que no se puede ignorar y la tecnología relacionada aún no está madura.
(6) Optimización del diseño multidisciplinario
Las aeronaves hipersónicas deben estar compuestas por varios sistemas de diseño altamente integrados, y se requiere una optimización del diseño multidisciplinario para obtener una solución que satisfaga todas las restricciones de diseño. y diseño de aeronaves confiable. La forma de la aeronave determinará las siguientes características de la aeronave: la forma estructural de la aeronave; el tipo y materiales utilizados del sistema de protección térmica combinado con el sistema de control de vuelo y la trayectoria de vuelo, etc. A su vez, la trayectoria de vuelo de la aeronave determinará el calentamiento aerodinámico y las cargas sobre la aeronave, afectando las propiedades aeroelásticas, el rendimiento y el peso de la aeronave. La aerodinámica y el sigilo también están unidos. Varias capacidades necesarias para la optimización del diseño multidisciplinario aún se encuentran en un estado de inmadurez.
(7) Variante de tecnología aeronáutica inteligente
Un avión del espacio cercano despega desde el suelo o desde una plataforma de transporte, vuela a través de la atmósfera y realiza diversas tareas en su entorno de vuelo (altitud). , número de Mach de vuelo, etc.) cambia mucho. Es difícil para una aeronave con una forma fija adaptarse a una gama tan amplia de cambios en los parámetros ambientales y mantener un rendimiento excelente. Por lo tanto, se debe adoptar la tecnología de aeronaves con transformación inteligente (MAT). Con el desarrollo de la aerodinámica, los materiales inteligentes y la tecnología de control, esta idea se está convirtiendo gradualmente en realidad.
La deformación inteligente incluye dos significados: control inteligente de la deformación y realización de la deformación basada en materiales y estructuras inteligentes. Las cuestiones técnicas clave que deben resolverse incluyen: predicción del rendimiento aerodinámico e investigación del diseño aerodinámico de aeronaves deformables, optimización general y del diseño de aeronaves deformables, estabilidad del vuelo y características de control antes y después de la deformación, tecnología de control de vuelo de aeronaves deformables y tecnología de aplicación de Materiales y estructuras inteligentes.