第1183章 极限散热

常浩南这趟回京城,参与力学所的破膜试验只是顺便,主要原因还是要为高超验证弹的弹头测试做准备。

借助JF8A和JF10两套冷风洞,航空动力集团和航天科技一院对于双锥体基本构型的研发相对顺利。

尽管升力系数和内部空间还没有优化到理论极限,但对于当前阶段来说,也已经足够用了。

尤其是在结构强度和外形减阻方面——

航天一院当年的双锥体火箭方案之所以没能继续下去,主要就是因为没能做好力学层面的计算,导致首次测试就宣告失败。

一朝被蛇咬,十年怕井绳。

如今他们再次得到机会,自然要在上一次掉坑的地方小心再小心。

不过,广义范围内的锥体外形却有一对从原理上就难以解决的矛盾。

头锥曲率越小,越有利于减小波阻。

而头锥曲率越大,则越有利于降低气动加热量。

既然双锥体弹头在力热平衡中选择了倾向于减阻,那么对于头锥冷却的要求也就相应提高了。

在年初那次工作会议之后,常浩南根据系统提供的分子力学计算结果,把一种全新发汗材料的研究任务交给了早已留校任教的栗亚波。

现在两个月过去,也到了检验成果的时候。

……

在视察过力学所之后的第二天,常浩南便带着栗亚波一起,来到了运载火箭技术研究院。

正在开会的刑牧春当即中止会议,将二人接到了自己的实验室中。

“常院士,这段时间,我们按照您的要求,对锥形头体的缩比模型进行了几轮不同类型的发汗冷却实验。”

他一边开口介绍,一边从口袋里取出眼镜戴好,然后坐到了实验室的电脑边上:

“单从实验室结果来看,把用在火箭发动机喷管上面的强制发汗冷却系统原样搬到弹头上之后,无论是冷却效率、工作时间、结构强度,还是与承载层一体化生产的难度,都基本符合咱们弹头系统的要求。”

说话间,旁边一处原本并不起眼的透明玻璃罩内突然亮起灯来,吸引了常浩南和栗亚波的注意力。

只见罩子内部是一个安装在支架上的双锥体外壳,但壳体,尤其是第一段锥体表面已经几乎完全被一层白色的须状固体所覆盖。

在气流覆盖和灯光的照射下晶莹剔透,显得煞是好看。

“您看,这就是我们正在进行的电弧加热发汗冷却实验……因为知道您要来,所以结果出来之后我们没马上把设备关掉。”

刑牧春转过身,向身后的二人解释道:

“出于安全起见,我们的室内试验是用了水做冷却剂,在表面蒸发时使壁面温度降低到冰点,所以水在表面上会结冰,然后受热又融化,再发汗、冷却、结冰,这个过程会重复进行,最后就形成了这一层冰须,不过在实际使用中是不可能出现这种情况的。”

实际上,常浩南当然知道这些细节,所以倒不如说他是在给第一次过来的栗亚波做解释。

而后者这会儿也正有些纳闷——

按照对方的说法,这套冷却技术似乎已经相当完善,并没有给他搞出来的那个新材料留出什么用武之地。

“先不说工程应用层面的事情。”

常浩南却直接摆了摆手:

“发汗冷却这条技术路线本身,应该可以确定行得通吧?”

“那是当然。”

刑牧春点头:

“根据推算,整个系统在弹头表面可以达到大概6.5*10^8 W/m^2的散热效率,虽然只有在喷管表面的大约一半,但对于咱们这个气动加热来说……或者哪怕再快一点,到10倍音速以上,也已经足够用了。”

话虽然是这么说,但从他的脸上却看不出太多喜悦。

这个时候,刚刚一直弯腰盯着双锥体外壳上冰须查看的栗亚波直起身子,向刑牧春问道:

“邢主任,我看这外壳表面上的冰层还在一直缓慢生长,想来冷却剂的消耗量不会太小,不知道冷却剂的储存位置……”

“这就是现在我们面临的问题……”

刑牧春苦笑一声,指了指位于壳体后面的那根固定杆:

“测试壳体是个缩比模型,所以冷却剂是通过中空管道从外部注入的,但我们计算过,如果要让发汗冷却系统维持150秒的工作,那冷却剂腔几乎要充满整个双锥体……到时候别说是战斗部和导引头,就连六院那个末端加速发动机都没地方塞进去……”

这下子,栗亚波脑海中电光一闪,顿时明白过来,目光投向旁边的常浩南:

“老师,所以我们的自发汗材料,就是为了解决这个问题的?”

“自发汗材料……”

听到这个问题的刑牧春先是一愣,接着露出有些复杂的神情。

好像是在困扰中掺杂着一丝期待:

“虽然常院士之前没提,但其实我们也测试过以烧结多孔钨为骨架,再在微孔里面渗铜的表面工艺,这样熔点较低的铜会提前融化,实现蒸发吸热。”

“不过钨和铜是两种不相溶的材料,所以需要目前还不太成熟的粉末冶金工艺才能实现良好的渗透效果,而且渗铜量如果小了,那冷却效果就不够明显,反过来太大的话,又会降低整体结构的热震性,很难找到具体平衡……”

看着正在从电脑里调取实验数据的刑牧春,常浩南眼神中多了几分意外。

他确实有些低估了对方的主观能动性,以及工作效率。

“别担心,老邢。”

说话间,常浩南朝身后示意了一下。

很快,栗亚波就取出一个大概十公分见方的样品盒,小心翼翼地放在刑牧春面前。

“这是……”

后者有些疑惑地瞅了一眼,发现里面是一堆看不出是什么的黑灰色粉末。

“说实话,我没想到你们的动作能有这么快,否则应该更早就告诉你们第二阶段的具体任务才是……”

常浩南轻轻拍了拍样品盒的盖子:

“我们研发的新型自发汗冷却材料,用二硼化钛(TiB2)作为陶瓷骨架,再渗入金属镍和银,通过高温预烧结和无压浸渗工艺制备的TiB2-(Ag,Ni)复合材料。”

“镍?”

刑牧春有点没反应过来。

镍的熔点高达1500℃,沸点更是在2700℃以上,几乎和二硼化钛基体本身的熔点差不多,根本没有作为发汗剂的价值。

常浩南早就料到如此,笑着解释道:

“除了让银本身融化散热之外,这个复合材料还可以吸附储存大量传统发汗剂,在温度足够高的时候通过表面渗出,进一步节省双锥体弹头的内部空间,根据我通过分子力学方法计算出的结果,冷却效率大概可以达到3.75*10^8 W/m^2……”

听到这里,刑牧春双眼微微瞪大,有些难以置信地看向眼前这半盒其貌不扬的粉末状固体。

若是真如常浩南所说,那发汗冷却目前所面临的一切工程问题都将迎刃而解。

毕竟对于弹头的气动热来说,发汗冷却的效率本身是严重过剩的。

只是持续时间和系统复杂度难以达到要求而已。

“常院士,这又是二硼化钛又是银的,成本恐怕……”

他嘴上这么说着,但手上的动作却是一点不慢,已经把样品盒牢牢抱在怀中。

仿佛生怕被栗亚波再重新抢回去一样。

实际上,相比于材料本身,反而是极为复杂的制备工艺要更加昂贵。

“成本么……确实高了一点。”

常浩南有些遗憾地说道:

“但是没办法,高超音速研究嘛,有些时候也不能一味省钱……”

“再者说,这个材料的基体十分牢固,不像烧蚀冷却那样会出现剥落,所以也不止能用在这一个地方,像是在导弹的燃气舵,还有跨空间飞行器的的表面,都有应用潜力,就当是给未来投资了……”

刑牧春显然也就是照例客套一下。

还没等常浩南这边话说完,他就已经抓起桌上的电话听筒,叫来了几个穿着蓝色实验服的技术人员:

“你们,用这个材料,按照常院士的指示重新做一次发汗冷却测试!”

(本章完)

第1184章 东风,发射!

春去夏来。

在解决掉发汗冷却这个最大的技术难点之后,整个验证弹的研发也随之进入了快车道。

相比于其他国家的同类型研究,华夏的高超音速武器项目呈现出一种相当奇特的状态——

别人快要抓破了头的构型和冷却问题在这边几乎是一上来就被顺利解决。

真正困扰常浩南他们的,反而是“达到高超音速”这件事情本身。

事实证明,哪怕已经选择了高空发射加液体动力,但对于现阶段的华夏来说,要想全程在大气层内把双锥体弹头推进到预期速度,仍然比预期当中困难得多。

常浩南本人并非火箭动力专家,而且很多关键问题都是受到工业能力限制。

比如大部分为了新一代火箭研发而建设的配套设置和产业都还没有落地,他一个人就算再怎么厉害,也最多只能解决一些技术问题,不可能凭空搬出一座工厂或是一条流水线。

所以,从项目伊始,弹头部分的测试就被单拎出来,计划在半年之内优先完成。

至于试验方式,则选择了一个比较邪性的路子:

拿一发中导出来,打高弹道。

利用再入大气层的过程,模拟气动加热效果。

虽然还原度肯定不如完整状态下的验证弹,但在没有高总温风洞的情况下,总好过把弹头放在地面上干等……

……

2005年5月初的一个清晨。

连海市郊外的某处密林之内。

几乎微不可见的淡淡雾气弥漫在十几辆车周围,在朝阳下折射出稍显绚丽的光晕。

然而雾气之下,却潜藏着一个国家几乎最核心的秘密……

第二炮兵51基地810旅的指战员们正穿着厚重的防护服,迅速而又谨慎地给一枚通体绿色的导弹加注燃料。

相比不远处战备发射阵位上的同型号产品,这一枚的外形明显经过修改。

具体表现在整流罩下面的弹头部分体积极小,在24米高的巨大弹体映衬下,甚至有些怪异的不协调感。

东风3A。

华夏研制的第一种中程弹道导弹。

放在21世纪的眼光看,这个型号即便经过改进,也早已落后时代。

不说射程精度等纸面性能,单就这庞大的后勤车队和以小时计数的发射前准备时间,就足够高水平对抗中的假想敌把阵地摧毁数次。

实际上,这支部队之所以能被原样保留至今,除了更新型的东风21数量不足以外,更多还是出于外部因素考虑——

二十多年以来,华夏一直在为当年出口到沙乌地的三十多枚同型号产品提供技术和保障支持。

所以国内必须对应保留一个有能力操作东风3的单位。

结果,就这么便宜了常浩南。

对于他来说,只要能打出足够的弹道高度,导弹本身先进与否反而并不重要。

而810旅的这些老东风属于首长见了都摇头的尴尬装备,从中抽出一发进行试射不会对实际战备水平造成任何负面影响。

此外在其它国家看来,华夏试射一发东风3的唯一理由似乎也只有进行抽检,以免这些老家伙年久失效,敏感程度相对较低。

所以,打上去的测试申请一路绿灯,常浩南也就这么获得了平生第一次进入导弹基地的机会……

此时他正在距离发射车数百米外的指挥所内,和同行的几名技术人员一起,进行发射前的最后一次任务情况检查。

旅长魏士军一边摘掉防毒面具一边推门而入,啪地一声立正,接着向常浩南等人敬了个礼。

说实话,对于这次任务,他本人心里也有些没底。

通过增加射高来减小射程,属于远程和洲际导弹的常用试射方式。

毕竟华夏没有海外领土,本身国土跨度也比较有限,要打几千上万公里的全射程测试就只有往太平洋发射,动静实在太大。

但东风3A的最大射程也才不到4000公里,直接从51基地打到罗布泊就行,所以根本就没有打最高弹道的必要。

就连这次任务的发射参数,都是之前专门确定下来的。

而且东风3作为单级导弹,过去的载荷本身就是整流罩,这次为了配合测试,还额外进行了一次小幅度改造,让导弹有了单独释放双锥体弹头的能力。

总之,这枚岁数几乎和他一样大的导弹,却处处透露了出让人看不懂的细节……

但无论如何,相比于大部分整个职业生涯都没有机会真正按下发射按钮的同行来说,他已经算是相当幸运了。

把脑子里的胡思乱想收到一边,魏建军深吸一口气:

“报告常院士,导弹已经完成发射前所有准备,计划采用高弹道模式,弹道顶点1450km,预计再入大气层时的最大速度为6.5马赫,预计落点为渤海区域,具体坐标……”

“……”

这些内容其实都写在常浩南手中的任务简报上面,但为了万无一失,仍然需要指挥员和他进行核对。

“准备发射!”

常浩南沉声下令道。

“是!”

魏士军再次敬了个礼,然后转过身去,开始向前线阵位下达人员撤离的命令。

通过望远镜,常浩南能够清晰地看到,用于起竖的支撑架缓缓放下,导弹也随之进入了发射前的最后阶段。

“听我口令,倒计时……”

原本热火朝天的阵地已经完全归于沉寂,只有承载着魏建军指挥口令的电波,回荡在东北的群山叠嶂之间。

“3……2……1……”

“发射!”

随着发射车中的导弹营长按下发射按钮,弹体内部的硝酸和偏二甲肼沿涡轮泵翻腾着进入燃烧室,共价键在相互接触后的千分之一秒内完成断裂重组,爆发出惊人的巨大能量,将高温反应产物送入引擎喷口……

“轰——”

下一个瞬间,仿佛沉寂的生命突然苏醒一般,耀眼的红色火光从发射车尾部点亮,在几乎掩盖住整个阵地的白色和淡棕色烟雾和震耳欲聋的轰鸣声中,推动着导弹开始缓缓爬升。

最古老的弹体托举着最先进的载荷,将足以改变游戏规则的威慑力送入太空。

即便是此前已经亲眼看过火箭发射的常浩南,也难免被这壮观的景象所震撼。

“高超音速时代的序幕,开始了……”

刑牧春来了一句有些文艺的感叹。

而另外一些人的反应则简单粗暴得多:

“我*,真是壮观……”

“……”

很快,火光消失,尘埃散去。

发射阵地重新归于平静,而导弹也从众人的视线当中消失。

只有旁边的几台电脑屏幕上,还显示着雷达和弹载传感器发回的信号。

100km……200km……300km……

尽管属于魏士军的任务已经结束,但或许是受到现场气氛的影响,他完全顾不上跟部下庆祝,而是大气不敢出地和常浩南等人一起盯着眼前不断跃动的曲线和数字。

很快,导弹抵达了1750km的弹道最高点。

“报告,头体分离!”

雷达屏幕上的信号先是一分为二,接着很快只留下相对较小的那个位于屏幕中央。

指挥所里响起了稀稀拉拉的掌声,但大多数人仍然屏息凝神,等待着即将到来的最关键时刻……

中程导弹的全射程时间并不漫长。

仅仅几分钟后,弹头便重新回到了约150km的再入大气层高度。

屏幕上显示的速度,停留在了2160m/s的位置上。

指挥所里面的空气都几乎凝固起来。

没有人知道弹头表面正在发生什么,只能看到一条不断下坠的曲线在坐标系当中生成。

直到度秒如年的差不多半分钟之后……

一句简短的汇报划破了宛如实质的空气:

“报告,导引头开机!”

(本章完)

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