¿Qué tecnologías clave se necesitan para los aviones aeroespaciales?
Sin embargo, después de varios años de investigación y análisis, los científicos han desarrollado una regla: ¿eran las estimaciones anteriores demasiado optimistas? ¿En realidad? ¿Los tres métodos anteriores son más fáciles de decir que de hacer? Las principales dificultades técnicas que hay que resolver no se pueden superar en poco tiempo. Estas tecnologías clave son:
Motor de respiración de aire recientemente concebido
Dado que el rango de vuelo del avión aeroespacial es desde el interior de la atmósfera hasta el exterior de la atmósfera, el rango de velocidad es de 0 a M=25 , ¿una envergadura tan grande y cambios en el entorno de trabajo son imposibles para todos los motores individuales existentes, por lo que el desarrollo de un nuevo motor de avión aeroespacial es la clave de todo el proyecto?
Como todos sabemos, los motores a reacción necesitan inhalar aire de la atmósfera sin transportar oxidantes, pero no pueden funcionar fuera de la atmósfera y tienen velocidades prácticas bajas. Los motores de cohetes tienen sus propios oxidantes y pueden funcionar dentro y fuera de la atmósfera; la atmósfera, con un amplio rango de velocidades, pero ¿El oxidante transportado es de gran tamaño y tiene un pequeño impulso específico?
En la actualidad, la potencia de los aviones aeroespaciales es generalmente una combinación de motor estatorreactor de combustión supersónica y motor cohete o turborreactor + motor estatorreactor y motor cohete. Sin embargo, existen bastantes problemas técnicos en el desarrollo de motores scramjet. ¿La combinación de varios motores hace que la estructura sea demasiado compleja y poco fiable?
Análisis aerodinámico computacional
¿La aerodinámica del reingreso del transbordador espacial a la atmósfera ha requerido a los científicos muchos años de arduo trabajo y alrededor de 654,38 millones de horas de pruebas en túnel de viento? ¿La aerodinámica del transbordador espacial es mucho más complicada que la del transbordador espacial? Debido a que la velocidad del avión cambia mucho, el número de Mach cambia de 0 a 25, la altitud de vuelo cambia mucho, desde el suelo hasta cientos de kilómetros en el espacio exterior, el reingreso a la atmósfera requiere un largo tiempo de descenso, el transbordador espacial solo toma; ¿Diez minutos y el transbordador espacial unas dos horas?
¿El medio básico para solucionar los problemas aerodinámicos es el túnel de viento? ¿Ni siquiera Estados Unidos dispone actualmente de un túnel de viento experimental con un número de Mach que pueda abarcar un rango tan amplio? Incluso si hubiera un túnel de viento, todavía requeriría millones de horas de pruebas, lo que significa que se necesitarían más de 100 años de pruebas las 24 horas del día. Entonces, solo podemos recurrir a las computadoras y resolverlo mediante cálculos. Sin embargo, ¿todavía hay muchos problemas para resolver la ecuación de Navier-Stokes en teoría y velocidad de cálculo?
Diseño integrado de motor y fuselaje
Cuando un avión aeroespacial vuela en la atmósfera a una velocidad superior a 6 veces la velocidad del sonido, la resistencia del aire aumentará bruscamente, por lo que su forma debe ser alto aerodinámico? ¿Se pueden dejar de utilizar los motores montados en las alas que se utilizan habitualmente en los aviones subsónicos? ¿Necesita combinar el motor y el fuselaje para formar una forma general muy aerodinámica? Es decir, ¿dejar que el fuselaje delantero aloje la entrada de aire del motor y dejar que el fuselaje trasero aloje la boquilla de escape del motor? ¿A esto se le llama "integración del cuerpo del motor"?
En el diseño integrado, lo más complicado es hacer que la geometría de las boquillas de admisión y escape cambie con el cambio de velocidad de vuelo, ajustando así el conducto de admisión para que el motor pueda producir empuje nominal a baja velocidad. velocidades y a altas velocidades Reduzca el consumo de combustible y al mismo tiempo garantice que la entrada de aire tenga suficiente rigidez y resistencia a altas temperaturas para que pueda soportar los efectos del flujo de aire a alta velocidad y el calor aerodinámico al reingresar a la atmósfera, de modo que no lo haga. ¿Sufre una deformación significativa y puede reutilizarse muchas veces?
Estructuras y materiales resistentes al calor
Los aviones aeroespaciales necesitan abandonar la atmósfera varias veces, y cada vez se generará una gran cantidad de calentamiento aerodinámico debido a la fuerte fricción con el aire. Especialmente cuando regresan a la atmósfera a velocidades hipersónicas, ¿el calentamiento aerodinámico llevará sus superficies a temperaturas extremadamente altas? ¿La temperatura de la nariz es de aproximadamente 1800 ℃, la temperatura del borde de ataque de las alas y la cola es de aproximadamente 1460 ℃, la superficie inferior del fuselaje es de aproximadamente 980 ℃ y la superficie superior es de aproximadamente 760 ℃? Entonces, ¿debe haber una prioridad? ¿Buen desempeño? Sistema de protección térmica reutilizable.
¿Un avión aeroespacial tiene que soportar el impacto del motor durante el despegue y el ascenso? ¿choque? El papel de la aerodinámica, etc.
¿Se verá afectado por el aleteo durante las fases de retorno y reentrada? ¿Ke Zhen? ¿Cuál es la función de la oscilación del tren de aterrizaje? En este caso, el sistema de protección térmica no sólo debe mantener una buena forma aerodinámica, sino también ser reutilizable y fácil de mantener durante mucho tiempo, por lo que la dificultad técnica es bastante alta.
En la actualidad, debido al corto tiempo de calentamiento aerodinámico del transbordador espacial, cubrir la superficie con baldosas de sílice resistentes al calor puede lograr un efecto de protección térmica satisfactorio, pero ¿no es suficiente para el transbordador espacial?
Si solo confía en aumentar el grosor de la capa resistente al calor para resolver el problema, el peso aumentará considerablemente. ¿La capa resistente al calor no se puede quemar, de lo contrario afectará la reutilización? ¿Una solución más fácil está en la nariz? En áreas locales de alta temperatura, como el borde de ataque del ala, ¿utilizar tubos absorbentes de calor con una eficiencia de transferencia de calor particularmente alta para absorber el calor y transferirlo a partes de menor temperatura?
Una mejor manera es utilizar un sistema activo de refrigeración y protección térmica, es decir, integrar la estructura de la carrocería y el sistema de protección térmica, es decir, diseñar la estructura de la carrocería en un entrepiso o una tubería. para que el propulsor fluya en el entrepiso o tubería, absorbiendo así el calor generado por la fricción del aire sobre la superficie exterior de la estructura?
Para cumplir con los requisitos de protección térmica de los aviones aeroespaciales, se están estudiando procesos de pulvimetalurgia de solidificación rápida para producir? ¿Aleación ligera y resistente a altas temperaturas? Estados Unidos ha desarrollado una aleación de Ti-B de solidificación de alta velocidad cuya resistencia a altas temperaturas puede alcanzar la resistencia a temperatura ambiente de las aleaciones de titanio utilizadas actualmente. ¿Esta aleación es adecuada para fabricar el esqueleto estructural interno del fuselaje?
¿Las partes más calientes, como el morro y las alas, requieren materiales compuestos de carbono, recubiertos con carburo de silicio, que sean livianos y tengan buena resistencia a altas temperaturas? Además, ¿es necesario estudiar los compuestos de matriz metálica, como los compuestos de titanio reforzados con fibra de carburo de silicio? ¿Este material debería tener la resistencia a altas temperaturas del carburo de silicio y la alta resistencia de la aleación de titanio?
Los aviones aeroespaciales son técnicamente difíciles, requieren una inversión masiva y tienen un largo ciclo de desarrollo. ¿Entonces el desarrollo de prototipos de tamaño real en el futuro tomará inevitablemente la forma de cooperación internacional como la estación espacial?