第1285章 波音的困扰

几乎与此同时。

美国,特拉华州。

威尔明顿波音测试中心。

X51A项目主管沙普尔·柯林杰正俯身凑到一台显示器前,聚精会神地查看着屏幕上的几张三维光谱图,脸上露出欣慰中夹杂着几分兴奋的表情。

尽管详细的测试数据仍然需要一段时间来导出并整理,但作为经验丰富的老工程师,他仅从刚才推进剂燃烧过程中所产生的声光效果就基本判断出,发动机工作末段的中低频压力振荡阶段已经从一开始的12秒以上,缩短到了大约7-8秒左右。

在正常情况下,来自ATACMS导弹的固体火箭发动机可以维持40秒以上的有效工作时间,但当推进剂燃烧达到中后期时,波动的热释放率与压力振荡的耦合有可能对气压振幅产生增益作用,对于结构比较精贵的高超音速飞行器来说,很可能诱发超燃冲压发动机启动异常,甚至是直接解体。

因此,必须在压力震荡导致燃烧室气压剧烈上升之前把助推段抛掉,才能保证从火箭动力到吸气式动力中间的正常转换。

这样一来,最初版本固体助推器的可用工作时间,就只剩下了不到30秒。

虽然要想依靠固体火箭将高超音速飞行体推进至预定的5.5马赫以上,那么这个可用工作时间应该达到接近40秒的水平,相当于震荡阶段小于5秒钟,但科学研究本来就不是一蹴而就的过程。

排除掉前期双方接触以及相互适应阶段所耗费的大约两个月功夫,能在区区半年时间里推进一多半的进度,已经让柯林杰相当满意了。

毕竟,普惠那边作为X51A飞行器核心动力的SJX61-1发动机,这会儿也才刚刚开始高空台模拟试验而已。

如果按照这个效率继续下去,那么让整个项目提前一年,在2008年之前完成第一次试飞,似乎也确实不再是异想天开的事情。

想到这里,柯林杰稍稍松了口气,被工期压抑了大半年的心情,也总算变得通畅了一些。

他开始不断给自己施加心理暗示——

在过去一个多世纪当中,无论高度还是速度,美国始终引领着人类最尖端航空技术的发展方向。

尽管在整个过程中不可避免地受到了诸多挑战,但却从未将这一领导地位交由旁人。

既然过去如此,那么现在,也应当如此……

恢复踌躇满志状态的柯林杰并没有沉浸在思绪中太久,而是马上准备联系测试部门,给经过升级之后的固体火箭助推器安排试车工位。

就在这个时候,副手查理·布林克恰好从外面推门而入,手里还拿着一份正处在打开状态下的文件夹。

“主管,测试结果已经提取出来了。”

他说着把手中的文件调转方向,然后放到柯林杰面前,指着上面的的几张压强-时间曲线图说道:

“从结果来看,向推进剂中引入第三个金属组元之后,固体推进剂燃烧末段所产生的压力震荡区间确实出现了明显缩短,在参与测试的5个配比当中,最长的一个也只有7.4秒,而最短的则已经达到5.6秒,非常接近我们的设计目标了。”

“下一步,赫斯特博士那边会继续优化推进剂成分以及颗粒形貌,根据目前使用的经验公式来推算,在比较理想的情况下,应该可以做到3.5秒左右的水平……”

“3.5秒……”

柯林杰一边坐到身后的椅子上,一边喃喃自语道:

“相当于在抛弃助推段之前可以有效工作40秒以上,大概5%的设计余量……”

对于大多数工程项目而言,5%的余量确实显得有些极限了。

但考虑到设定中的5.5马赫启动速度本身就已经是个保险值,所以放在X51A项目上倒也可以接受。

相比起来,柯林杰所担心的风险反而在另外一块。

沉思了几秒钟后,他重新抬起头,看向站在旁边的布林克:

“模拟实际条件下的工作状况呢?尤其是在点火过程之后,推进剂在压力条件下的燃烧特性,相比理想环境有哪些差别?”

由于条件所限,威尔明顿测试中心所选择的试验方式是先使用金属雾化颗粒发生器分散金属颗粒,接着金属颗粒进入到载体气流中,利用光散射原理测量单颗粒铝的粒径,最后再利用二氧化碳激光点火,获得颗粒燃烧过程的各项特征。

显然,在这一技术方案当中,推进剂的燃烧全程处于完全开放状态,因此需要额外设备来还原高温高压的实际工作环境。

“也已经测过了。”

布林克把测试结果向后翻了几页,上面是一系列二维光谱图。

从曲线形状来看,应该就是从刚才电脑上那张三维图中提取出来的:

“施加压力会降低光谱全波段的强度,其中铝特征峰和氧化铝特征峰的强度降低幅度比较明显,说明施加额外压力可能会减少Al蒸气及AlO基团的形成,也就是对推进剂中金属燃料铝的完全燃烧起到一定的阻碍作用。”

“不过从定量角度上,这一影响的幅度不大,比如在15个大气压力下,3号和4号配比的推进剂样品都只减少了不到1.5%的能量释放,1号和2号的减少幅度较大,但也都不到3%,而且很明显,这种影响会随着铝颗粒直径的减小而变弱……”

柯林杰没有马上表态,只是半低着头,露出一副沉思的模样。

作为一名老派工程师,他还是希望能在飞行测试之前拿到尽可能充分的数据,以保证首发成功率。

但客观上讲,目前的测试条件只允许还原到这个程度。

更高的速度、总温和压力需要性能更强的超高速风洞。

而无论是波音还是NASA,手头都没有符合要求的设备。

这意味着无论如何,他都需要承担一部分额外的风险。

看着自家领导阴晴不定的表情,布林克很快便猜到了对方的心中所想。

能在短时间内从普通工程师爬到项目副主管的位置,察言观色的能耐势必差不了。

“虽然还原程度更高的测试目前还无法进行,但赫斯特博士已经根据现有的测试数据,以及熔散反应机理模型拟合出了一条半经验半理论的关系曲线。”

他说着再次往后翻了一页:

“实际能量释放曲线是在6-12个大气压的范围内出现陡增,而当工作压力进一步提高时,曲线的走势已经趋于平缓,并在15个大气压后基本不再变化……”

在工程项目中,对于理论原理尚不清晰、或是受限于算力限制无法全面考虑的部分,在部分测试结果基础上进行模拟算是很常见的手段。

很长时间以来,波音也确实在这个领域处于世界前列,只是最近几年才被太平洋对岸的后起之秀逐渐超过。

所以柯林杰在主观上倒是并不排斥这一结论。

但相比于一是一二是二的实际测试,模拟结果的准确性高度依赖操作者本人的思路和能力,像这样通过技术文件间接了解情况,还是让他感觉到有些没底。

“赫斯特博士本人现在在哪?”

思索片刻之后,柯林杰开口问道:

“我希望能和她面对面聊一聊这个结果。”

布林克稍微一愣:

“她前天刚回波士顿,说是教授那边有些急事需要处理……”

柯林杰微微皱了皱眉。

自打年初双方开始合作之后,他就只在研究课题启动时见过那位梅尔丽·赫斯特博士一次。

虽说这个水平的研究人员都是大忙人,手头同时捏着好几个项目也很正常,但是大半年都如此,还是难免让柯林杰直犯嘀咕。

好在这个时候,布林克赶紧接着说道:

“不过一直负责这边工作的丹尼尔·贾博伦斯基博士就在隔壁的超高速光学测试中心,您如果有什么问题的话可以联系他……”

事已至此,柯林杰只好点了点头,然后站起身,拿过披在椅子靠背上的外套。

但在出门前一刻,又突然止住了脚步,回头看向布林克:

“对了,查理。”

“关于X51A项目的进度,国防部和董事会都已经询问过很多遍了,你把这次的测试结果整理一下形成一份报告,尽快给芝加哥那边交上去。”

后者此时正在埋头整理刚才被翻乱了的测试结果,听到这句话之后略一迟疑:

“要交中期报告的话,肯定得给出一个更具体的时间表……”

柯林杰抬手揉了揉有些发胀的眉心,同时在脑子里把最近的情况用最快速度过了一遍——

尽管仍然有些不完美的地方,但总体上还是乐观的消息更多。

“就按照军方那边的要求,说可以在2008年之前进行第一次试射!”

(本章完)

第1286章 计算材料学,很神奇吧?

一场高超声速武器领域的研发竞赛,就这样在太平洋两端无声地展开了。

但这一次,由于客观条件不足而被迫选择“弯道超车”的,却成了美国。

一个月后。

怀柔科学城。

自从太空渔船项目结束,常浩南重新把关注重点转移到高超音速项目上之后,这里的风洞群便开始了日夜不停的循环工作。

爆轰驱动段的每一次点火、激波管的每一次轰鸣、气动模型的每一次装载和调整,都会为整个研发团队送出大量的实验数据,推动着华夏高超音速飞行器愈发接近真正的天空。

有着一批超高速风洞做辅助的常浩南无需担心测试的拟真程度,但这绝不意味着后续的设计研发任务是一个轻松的工作。

相比于已经在X15和X43A等多个项目上验证过高超音速相关技术的竞争对手,他这边的很多技术都是字面意义上的从零开始。

JF8和JF10受制于总温限制,只能承担一些相对边边角角的测试任务。

仅靠一台JF14,就算压缩机超频超到冒烟,也实在有些跟不上常浩南的节奏。

当然,凡事就怕一个对比。

相较于过去连个普通超音速风洞都得算着时间和成本用的情况来说,如今整个力学所和大半个航空工业系统都绕着他一个人转,绝对已经是相当高规格的待遇了。

所以常浩南倒也知道,这事儿急不来。

反而是项目团队里的其他人多少有点坐不住。

趁着风洞在两次测试之间加压的功夫,刑牧春手里拿着一张报纸,来到了正在会议桌前面敲键盘的常浩南旁边:

“常院士,我看最近有不少新闻都在报道,说美国那边的吸气式高超音速导弹已经开始地面测试,计划在2008年之前就要首飞啊……”

听到这个消息,常浩南手上动作一顿。

在去年妄图通过一个F22编队给华夏施加军事威慑的图谋破产之后,大洋彼岸就有过将高超音速武器研制计划提前的消息流出,但因为后续并未见到其它的相关报道,所以外界普遍认为是国防部或者波音在幕后操作,希望借此而获得更多的研发经费。

后来通过的2006财年预算案也证实了这种猜想,国会划拨给“吸气式高超音速验证飞行器”的经费直接比2005年提高了5倍以上。

再加上2006年初华夏试射新型导弹所引发的一系列风波,导致这件事情很快就淡出了公众的关注视野。

但现在看来,对方或许是要来真的。

他把目光投向电脑旁边的英文报纸。

必须得说,在信息开放这一块,美国人确实一直走在世界的最前列。

当然,这也和他们过去所建立起来的自信心息息相关。

报纸上面不仅写着刚才对方说出的标题,甚至还附带了一张制作颇为精良的X51A外形示意图。

或许对于其它人来说,这只是一张电脑生成的想象结果而已。

但常浩南却非常清楚,这张图的还原度非常之高。

甚至连在第二阶段改进方案中才添加的尾部过渡都绘制得一清二楚。

说明X51A项目大概率已经推进到了相当后期的阶段。

眼见常浩南盯着报纸沉默不语,刑牧春觉得自己要是不再说点什么的话,那这气氛属实过于尴尬,只好继续道:

“要说咱们这JF14风洞应该是全世界第一座能还原大气层内高超声速飞行环境的模拟设备才对,美国那边不管空军的、NASA的还是波音的……几个主要实验室我们都专门查过资料,绝对没有这方面的能力,包括前些年还拿过AIAA地面试验奖的LENS2风洞,也就是停留在JF8的性能指标上……”

其实关于美国的高超音速研究到底为什么起了个大早却赶了个晚集,上一世直到常浩南重生之前,也始终没有一个定论。

所以他只好抛出了一个认同度相对高的说法:

“在超高速风洞这块,美国人先后尝试了自由活塞驱动和加热轻气体驱动两个技术路线,结果事后来看全都选错了,所以他们现在只能是减少风洞测试时间,直接走计算模拟加飞行试验的路子……”

刚才一直在旁边没搭话的姜宗霖这时候也搭上话:

“另外,爆轰驱动风洞这块也不只有我们在走,比如德国亚琛工业大学那边就有一座TH-D高焓激波风洞,前两年刚刚建成,整体性能大概跟JF10差不多,在气流总温这方面可能还要稍高一些,以他们和美国人之间的联系,波音也很有可能通过租用的方式获得一些测试机会。”

刑牧春的脸上满是不可思议。

他搞火箭研究出身,很难想象一直以来都被当做主要对手和追赶目标的美国能干出这种事情来:

“那怎么可能保证测试成功率?就连……”

实际刑牧春是想说,如今在数值计算模拟这方面最权威的就是常浩南本人,但就连后者都不敢跳过风洞测试这一步直接开飞,对面美国人是怎么敢的啊?

但这句话实在是很难以一个不像是拍马屁的方式说出来,所以中途卡了壳。

常浩南摆了摆手:

“跑得快不如跑得稳,别管美国人到底是怎么想的,咱们现在实际上已经获得了基础研究层面的优势,只要按部就班稳下去,等对面自己犯错就好……”

虽然他说这句话时候的语气平平淡淡,但心里还是难免暗爽——

十年了,十年!

终于让我等到这一天了!

追吧,鹰子!

就在刑牧春又准备说点什么的时候,常浩南的手机突然响起了一阵电话铃声。

“等等,我接个电话……”

他赶紧示意另外两人噤声,然后按下接听键。

是栗亚波打过来的。

后者的研究并不需要用到风洞本身,只需要激波管装置用于还原实际飞行过程中的点火过程即可,因此这一个月以来,都是跟负责气动结构设计和动力研发的常浩南处于并行工作状态。

“老师,我这边的分析结果出来了。”

面对这有些突如其来喜讯,常浩南蹭地一下站起身:

“你等等,我马上过去,咱们当面再说……”

……

当三人来到怀柔科学城的计算中心时,栗亚波已经连计算结果都差不多整理出来了。

“老师,这金属颗粒的反应动力学真是不做不知道,一做吓一跳……”

看到常浩南进门,他当即站起身,把桌上还没来得及装订的、厚度堪比一本书的技术报告交给了对方,然后继续道:

“目前学界对于铝颗粒……或者大部分固体金属颗粒燃烧的理论计算方法都基本源于液滴燃烧模型,再逐步向其中加入凝相产物和沉积产物的影响……但我用您提供的思路,从最基础的部分开始重新验证了一遍,发现实际过程应该复杂得多……”

听他这么一说,原本对于这方面并不专精,只是来凑个热闹的另外两人也赶紧围拢过来。

显然,这是要整出个大新闻的节奏。

正好这时候,常浩南也翻到了报告中比较重要的一页:

“二维……非稳态动力-扩散-蒸发控制燃烧模型?”

这个有些冗长到过分的名字让常浩南都没能在第一时间顺溜地读出来。

“确实挺复杂……”

栗亚波赶紧开始解释:

“实际在大部分人最关心的点火阶段,因为还没有积累起足够的凝结和沉积物,所以用改进过后的液滴模型来描述反而是可行的,这应该也是大部分研究人员多年来都没能发现问题所在的主要原因。”

“但是在颗粒已经点火、氧化剂与金属蒸汽反应形成低阶的氧化物后,氧化物由于扩散和对流作用沉积在颗粒的表面,形成一个氧化帽,这个氧化帽会阻止了颗粒内部金属的蒸发,从而影响到组分和温度的分布,同时凝结产生的放热作用给颗粒提供了一定的热量,因此实际过程会受到动力、扩散和蒸发共同的控制……”

显然,刚才那个名字并不是空穴来风。

常浩南一边听着对方的介绍,一边往后飞速翻动手中的报告:

“表面反应、气相反应、分解反应、缩合反应……总共17个反应动力学机理?”

虽然这个研究思路确实是他给出来的,但能无心插柳收获到如此颠覆性的成果,还是完全出乎了常浩南的预料。

意外之喜了属于是。

不过另一方面,即便以如今的超级计算机水平,如果想要从微观粒子层面上完整还原这样一个过程,也还是有些力不从心……

“呃……我额外针对氧化产物的凝结和沉积过程分别建立了一个子模型,同时还考虑了还氧化帽对组分分布和温度场的影响……就这还是我假设颗粒都是完美球形所以把三维结构给简化成了二维,否则恐怕还要更加复杂。”

栗亚波挠了挠头:

“总的来说,在AP/HTPB/AI这个三元体系当中,金属铝的加入会导致燃面发生团聚从而生成大粒径液相凝团……”

“在基础测试中这一过程的影响不大,但实际工作中就会增加发动机的两相流损失,并使得熔渣沉积和绝热层烧蚀现象更加严重,从而降低固体发动机的工作稳定性,甚至还会推进剂比冲……”

“……”

师生二人的交流逐渐进入了刑牧春和姜宗霖不太了解的领域。

尤其对于后者来说,自己在力学所工作了半辈子,还从来没想过能和基础化学领域的研究扯上关系。

趁着一个常浩南和栗亚波都没说话的当口,姜宗霖又凑到近前,看了看纸上那一大堆令人眼花缭乱的化学符号。

“这……是我们风洞中心能做出来的成果?”

常浩南把报告合上放到一边,然后点了点头:

“计算材料学,很神奇吧?”

(本章完)

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