飞机如何突破“热障”
时间：2020-12-10 11:33:47 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
当飞行器的飞行速度达到2倍声速时，其前端温度可达100℃。当飞行器的飞行速度达到3倍声速时，其前端温度可达350℃，已超过一般铝合金的极限温度，使其强度大大削弱。航空界把飞行器作高速飞行时所遭遇到的这种高温情况称为“热障”。过高的温度会使金属蒙皮熔化或烧毁，乘员和飞行器内的设备无法正常工作。
航空界把M数2.5作为热障的界线，低于这一值，气动加热不严重，可用常规的方法和材料设计、制造飞机；高于该值，则必须采取克服气动加热问题的措施。为了克服热障，可以采用耐热材料（如钛合金）、加装隔热设备、安装冷却系统等，保证飞机不会因高温而损毁。
热障的出现使空气动力学诞生了一个新的分支学科——气动热力学。它主要研究气动外形、飞行速度、边界层、大气环境等因素对飞机加热的影响，为突破热障提供飞机外形设计指导。
1956年9月27日，美国的X-2试验飞机在试飞中首次突破3倍声速大关，达到3.2马赫，首次突破热障，但不幸出现了事故导致坠毁。将高空高速这一特点发挥到极致的是两款“双3”飞机，即前苏联米高扬设计局研制的米格-25战斗机和美国洛克希德公司研制的SR-71“黑鸟”战略侦察机。它们的升限都高达3万米，最大速度则达到了惊人的M3.0，已经接近喷气式发动机的极限。SR-71飞机机体的93%采用钛合金，因而顺利地越过了热障，创造了声速3.3倍的世界纪录。
高速导致高温，这似乎是一道不可逾越的障碍。但显然热障并没有阻挡住人类挺进宇宙的步伐，那么科学家是如何克服热障，使航天器安全回家的呢？
當宇宙飞行器遨游太空归来，到达离地面60～70千米时，速度仍然保持在声速的20多倍，温度在10000℃以上，这样的高温足以把航天器化作一团烈火。即便当宇宙飞船和返回式卫星在重返大气层过程中，飞行器的飞行速度在6倍声速时，其前端温度也高达1480℃。为保证其不致被烧毁，设计师给宇宙飞行器的头部戴一顶用烧蚀材料制成的“盔甲”，把摩擦产生的热量消耗在烧蚀材料的熔融、汽化等一系列物理和化学变化中，通过“丢卒保车”就能达到保护宇宙飞行器安全返回地面的目的。
作为烧蚀材料，要求汽化热大，热容量大，绝热性好，向外界辐射热量强。烧蚀材料有很多种，陶瓷是其中的佼佼者，而纤维增强陶瓷材料则是最佳选择。近年来，科学家研制出许多性能优异的烧蚀材料，不断提升航天飞行器突破热障的能力。
