【文章內容簡介】 機體的連接；新型耐高溫材料的研制；飛行器各子系統(tǒng)和整體控制系統(tǒng)的研究。X51A飛行器的整體構造X51A飛行器的整體構造如圖1所示,它是由巡航體、級間以及助推器三部分組成, m,質量1 780 kg, mm, m,質量為671 kg。X51A的主體部分是在金屬材料的基本結構外覆蓋著輕質TPS泡沫與陶瓷材料。機體部分的框架板壁等由鋁制成。前鼻端內部是金屬鎢,外部則是二氧化硅隔熱層,其作用是承受飛行器頭部高強度的氣動熱載荷,并實現(xiàn)縱向配平,以保證飛行器的縱向穩(wěn)定性。巡航體與機體的過渡部分采用了鉻鎳鐵合金,目的是阻止熱量傳導到飛行器的其余部分。巡航體與級間部分的蒙皮,包括助推器的四個全動尾翼均為鋁制。此外,為了在推進段保持穩(wěn)定,助推器上還另外安裝了兩個鋁制的水平尾翼。超燃沖壓發(fā)動機的艙壁則是用由燃料冷卻的薄壁鉻鎳鐵合金板制成,巡航體的四個可動小翼除在前緣采用了碳碳復合熱結構材料外,也均使用鉻鎳鐵合金制成。整個飛行器僅在級間部分的某些結構以及助推器的尾錐上使用了鈦合金。助推器的外表面仍由鋼制成,不過鋼質的尾噴管被加長了以獲得更大的膨脹率,從而提高性能。X51A SED的主要設計工作是運用經(jīng)風洞試驗數(shù)據(jù)驗證的計算工具來完成的。它用CART3D軟件計算所得的歐拉解以及OVERFLOW軟件計算得到的NavierStokes解建立起了全面的空氣動力學數(shù)據(jù)庫,在約80多套網(wǎng)格上運行了近2 000個算例,用以對安全分離、氣動加熱、飛行器性能、邊界層轉捩以及尾翼偏轉等各個方面進行研究。同時,對整個飛行器及巡航體進行了超過1 700 h、3 200余次風洞試驗,利用試驗結果驗證并完善了數(shù)據(jù)庫。4超燃沖壓發(fā)動機高超聲速武器引起速度極大，必然需要有強大動力性能的發(fā)動機，美國空軍一直致力于超然發(fā)動機的研究。X51驗證機的一個重要任務就是對超然發(fā)動機的性能參數(shù)進行驗證。超燃(超聲速燃燒)沖壓發(fā)動機是沖壓發(fā)動機的一種,它的特征是吸入發(fā)動機燃燒室內的空氣流的速度為超聲速,而普通沖壓發(fā)動機內氣流速度為亞聲速。超燃沖壓發(fā)動機的基本組成包括:進氣壓縮管(由于飛行器的高速飛行,吸入的空氣受到壓縮),燃燒室(燃料與壓縮空氣混合,燃燒),噴嘴(通過它以高于進氣口空氣流的速度排出燃燒產(chǎn)物,產(chǎn)生推力)。沖壓發(fā)動機是靠吸入的空氣流作為助燃劑工作。進入超燃沖壓噴氣發(fā)動機的空氣流的速度是超聲速,因而會產(chǎn)生一定的沖擊波,如何實現(xiàn)不打亂、不中斷吸入的空氣流,并保持發(fā)動機不熄火連續(xù)有序地工作,這正是超燃沖壓發(fā)動機要解決的難題。在超聲速環(huán)境下把空氣流的速度降低后再進入沖壓噴氣發(fā)動機,將限制發(fā)動機最終的運轉速度。另一方面,產(chǎn)生的沖擊波會壓縮空氣流,使進入發(fā)動機的空氣流的速度達到高超聲速,經(jīng)過適當?shù)母綦x器調節(jié)后擠進燃燒室的氣流將獲得相對穩(wěn)定的壓力,實現(xiàn)更完全的燃燒。進入燃燒室的壓縮氣流與注入的燃料混合、點火、燃燒,然后通過噴嘴將燃燒后的產(chǎn)物以高于入口處空氣的速度排出,從而產(chǎn)生前進的推力。X51飛行器首次突破了高超聲速飛行熱障礙，因加速后可達到馬赫數(shù)5~7，與大氣的摩擦可產(chǎn)生大量的熱，如果不采取恰當?shù)臒岱雷o措施，飛行器性能必定會受巨大影響甚至燒毀。為此X51飛行器采取了一系列措施。X51A的主體部分用金屬材料制造,基本結構外覆蓋燒蝕泡沫FRSI與熱障陶瓷BRI16。為阻止熱量傳導到飛行器的其余部分,彈頭與彈體的過渡部分采用鉻鎳鐵合金制造。巡航彈體部分的框架、板壁以及導彈彈體與級間部分的蒙皮、包括推進器推進器的尾錐上使用鈦金屬材料,推進器的外表面用鋼制造,如圖3所示。X51A飛行器為了承受巡航導彈頭部高強度的氣動熱載荷,實現(xiàn)縱向配平,以保證導彈的縱向穩(wěn)定性,飛行器前鼻端使用金屬鎢制造,外覆二氧化硅(SiO2)隔熱涂層。 發(fā)動機熱防護結構X51A飛行器的超燃沖壓發(fā)動機使用常規(guī)燃料JP7作為冷卻劑。發(fā)動機進氣道入口之前的斜面上涂覆二氧化硅(SiO2)陶瓷瓦,超燃沖壓發(fā)動機的艙壁用鉻鎳鐵合金板制成,發(fā)動機艙內部裝有柔性可重復使用的表面隔熱(Flexible Reusable Surface Insulation, FRSI)材料,以阻隔發(fā)動機對彈體的熱輻射。 飛行器熱防護系統(tǒng)X51A飛行器采用被動熱防護系統(tǒng),熱防護材料主要為泡沫和陶瓷瓦。陶瓷瓦是波音公司研制的可重復使用隔熱陶瓷瓦BRI16,陶瓷瓦用在機體脊部需要尖銳前緣的部分和進氣道斜面上。陶瓷瓦粘貼到變形隔離墊上,變形隔離墊會吸收因陶瓷瓦和下面鋁蒙皮膨脹率差異而引起的變形。飛行器的上表面(大面積區(qū)域)采用FRSI進行熱防護, FRSI上面覆蓋著一層由波音公司研制的輕質變厚度燒蝕(BLAS)泡沫。X51A的飛行試驗包括四次飛行,預計自2009年8月開始。X51A由B52H轟炸機攜帶升空,自母機投放后經(jīng)火箭推進至超燃沖壓發(fā)動機的工作高度及飛行馬赫數(shù),然后超燃沖壓發(fā)動機點火,。X51A掛載于B52H的左翼下,投放前與B52H上的監(jiān)測設備保持通訊,并通過電纜自母機獲得電力供應。在通過各項飛行安全審核后,飛行試驗計劃于2009年初開始實施。4月至5月進行地面測試,并根據(jù)測試結果于5月進行第一次飛行前的審核, 6月進行X51A的掛載測試, 7月由B52H攜帶X51A做一次彩排飛行。X51A的第一次自由飛試驗安排在2009年8月,第二次計劃于8周后進行,第三與第四次飛行則分別于11月和12月進行,后三次飛行試驗的間隔時間均為6周,計劃將于2010年結束。X51A代表了航空技術的最前沿，一旦投 入使用，它將實現(xiàn)快速全球打擊計劃的目標 兩 小時到達世界任何地方，雖然目前X51A離實 戰(zhàn)化還有很遠的距離，但我們必須對高超聲速 飛行器加以足夠的重視，必須將發(fā)展高超聲速 武器納入武器裝備發(fā)展的長遠目標 具體而言，可從以下方面入手（1）高超聲速技術的研究試驗計劃是一項復雜的系統(tǒng)工程，我們應該借鑒美國的技術研究方向，同時堅持自主創(chuàng)新，以在將來的信息化戰(zhàn)爭中不處于劣勢；（2）必須進行深入的設計及需求論證以確 立對高超聲速武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)需求，并確定具 體的設計目標；（3）應加強相關技術研究領域的投入和教育的改革，為我國國防事業(yè)培養(yǎng)更多的優(yōu)秀人才，擔負未來保衛(wèi)國家安全的職責 參考文獻：[1] Hellman Barry M，Hartong Alicia R．Conceptual level offdesign scramjet performance modeling[R]．AIAA 20075031,2007.[2] Kandebo S W．Landmark tests boost scramjets future, testing key to scramjet success[J]．Aviation Week amp。 SpaceTechnology，20010326.[3] Faulkner R F, Weber J scramjet propulsion system development demonstrati on, and application[R]．AIAA994922，1999.[4] Hank Joseph M，Murphy James S，Mutzman Richard C．The X51A scramjet engine flight demonstration program[R]．AIAA20082540，2008.[5] 宮朝霞，李文杰．ATC M框架下的美國高速/高超聲速研發(fā)計劃[J]．飛航導彈，2008(3)．6] 宋博，[J].飛航導彈，2009（5):2427.[7] 沈劍，[J].飛航導彈，2006（8):19.[8] 宮朝霞，[J].飛航導彈，2007（11)： 5558第四篇：聲速的測定實驗報告聲速的測定實驗報告實驗目的（1）學會用駐波法和相位法測量聲波在空氣中傳播速度。（2）進一步掌握示波器、低頻信號發(fā)生器的使用方法。（3）學會用逐差法處理數(shù)據(jù)。實驗儀器超聲聲速測定儀、低頻信號發(fā)生器DF1027B、示波器ST16B。實驗原理3．1 實驗原理聲速V、頻率f和波長λ之間的關系式為V=fl。如果能用實驗方法測量聲波的頻率f和波長λ，即可求得聲速V。常用的測量聲速的方法有以下兩種。3．2 實驗方法3．2．1 駐波共振法（簡稱駐波法）S1發(fā)出的超聲波和S2反射的超聲波在它們之間的區(qū)域內相干涉而形成駐波。當波源的頻率和駐波系統(tǒng)的固有頻率相等時，此駐波的振幅才達到最大值，此時的頻率為共振頻率。駐波