教室里。
聽到徐云口中冒出的這句話。
錢五師以及現場的眾多「誅仙劍」小組成員,頓時齊齊為之一愣。
說出來以后別打他?
這是啥意思?
難道徐云要說的是那種「我不是針對誰但你們都是垃圾」的話?
不過很快。
錢五師便想明白了徐云的意思:
這家伙是怕自己提出來的要求太離譜被人揍呢.....
于是他爽朗一笑,相當大氣的一揮手,對徐云說道:
「韓立同志,你不用有負擔,有什么想法盡管說出來便是。」
「不管是五彩斑斕的黑,還某個零部件放大的同時想要縮小一點都無所謂——做不做得到那是我們項目組的事兒。」
「我之所以請你來做助理,不正是想著你能提出一些獨到的見解嗎?」
聽到錢五師這番話。
本就有意表明出內心想法的徐云便也不再遲疑,直接了當的開口道:
「錢主任,您還記得我們剛才在外頭聊到的乘波體技術嗎?」
錢五師點了點頭:
「當然記得。」
徐云則用手指做了個從上到下的自由落體動作,又說道:
「按照最初的設計,「誅仙劍」導彈從三萬米高空落下后,下落速度很快就會接近音速,并且一直會和迎面而來的空氣發生撞擊。」
「空氣在前方堆積和壓縮,導致溫度升高,把動能變成熱量帶走。」
「同時導彈前后的氣壓差會產生空氣阻力,給彈體一個逆向的加速度,也就是所謂的過載。」
聽到徐云拋出的這句話。
錢五師再次微微點了點頭。
眾所周知。
氣體壓縮是導彈以及飛行器常見的一種情況,它會導致過載和加熱的出現——摩擦反而是次要因素。
飛行器的過載越大。
就說明前方的氣壓越大,壓縮越劇烈,產生的熱量也會越強。
接著徐云頓了頓,繼續解釋道:
「除此以外,高空的大氣密度也是一個不容忽視的環境因素。」
「有大氣密度在,「地心引力始終大于導彈繞地旋轉所需的向心力」這句話是可以實現的。」
「基于以上幾點,我有一個不太成熟的想法,就是......」
「我們能不能設計出一種彈體,在一定發射角度的配合下,讓它在整個飛行途中完成一種類似㇏的、從高到低的運行軌跡呢?」
「整個轉向過程全程通過氣動結構完成,如此一來,我們只要準備最后沖刺階段需要的橫向推進劑就行了。」
聽到徐云的這番話。
一旁的錢五師頓時一愣,現場的其他人也陷入了沉默。
過了片刻。
錢五師胸口起伏了幾下,整個人的呼吸頻率......
驟然急促了起來。
似乎......
有門兒?
要知道。
根據錢五師等人最初的設計,導彈的下落步驟是這樣的:
從誅仙劍陣平臺離開后,先進行一段自由落體。
這段自由落體大概有一萬多米,隨便舉個數值吧,比方說從三萬米到兩萬米這個區間——U2則在1.8萬米甚至更低的高度執行拍照任務。
等雙方的豎直高度差在一兩千米的時候。
導彈的氣舵等設計開始起效。
推進劑燃燒產生橫向動能,通過側推開始讓導彈轉向。
最后超寬帶近炸引信開始工作,引導導彈命中U2。
在整個過程中。
導彈的轉向近似可以看成是一個類似L的形狀。
但另一方面。
想讓高速下落的導彈拐彎,這里需要的推力其實是很強的。
而推力的實質,就是消耗燃燒室內的推進劑。
拐彎所需要的推進劑之多,甚至要遠遠超過直線加速的消耗。(doi:10.13675/.tjjs.2203015)
但如果能夠利用氣動結構讓導彈自行完成轉向......
那么這部分的推進劑就有可能省略了。
如此一來。
整個燃燒室的體積,一下子可以縮短半數以上!
什么?
你問為什么不直接斜45°發射?
當然是因為斜45°發射需要一直用推進劑讓導彈保持一個斜向下的姿態,這種做法消耗的推進劑甚至要比L型更多。
看著陷入沉思的錢五師。
一旁的徐云則輕輕縮了縮脖子。
應該不會被打吧.....
畢竟他也不知道這個方案是否具備可行性。
他提及的這個方案的最初靈感,其實來自后世嫦娥五號回歸時使用的技術。
也就是當年曾經上過熱搜的那個太空打水漂。
當然了。
這個打水漂技術的真正稱呼,其實是「跳躍式再入」,屬于一個非常精細的操作。
這是半彈道再入的一種特例,適用于高速再入稠密大氣層。
至于目的......
自然就是為了盡可能降低過載和加熱。
上輩子是吳剛的同學應該知道。
地月的距離其實很遠。
當探測器從月球返回的時候,幾乎是在垂直向著地球做自由落體。
重力會不斷加速探測器,最終會把它加速到10.9KM/S的速度。
這個速度之快,比第二宇宙速度只差了300M/S。
太空中沒有阻力,這意味著飛行過程中你不用開著引擎,但你也沒處踩剎車。
任何人為的速度改變,都需要人工施加外力。
等飛到了目的地。
如果你不想硬著陸...也就是撞上去,就必須改變速度甚至方位。
對于月球,落地的時候還可以用火箭強行消力。
畢竟它引力小、速度慢嘛。
可是對于地球這么大引力的物體,這種做法就行不通了。
原因很簡單。
化學火箭能提供的速度改變量,主要取決于燃料的多少。
想增加速度改變量,就必須增加燃料。
但這樣一來。
且不論嫦娥五號的燃燒室夠不夠存放燃料,光是發射嫦娥五號的運載火箭就要增大數倍——根據之前的齊奧爾科夫斯基公式可以看出,隨著速度改變量的增加,火箭質量會指數倍地提升。
因此這種做法顯然是不行的。
最終經過各方面討論。
設計組制定了一個特殊的回歸方案:
如果能把進入大氣層的位置精確控制在一個叫「再入走廊」的范圍內,那么大氣密度可以對回歸艙進行減速。
也就是回歸艙進入到大氣層約60公里后,會在底部形成一個弓形激波。
這個激波會將返回器再次彈出大氣層,而后進行二次再入。
如此一來。
返回器的速度就會降低40以上。
這個原理,其實就是錢老爺子乘波體的具現。
因此在剛才。
聽到錢五師的詢問后,徐云忽然冒出了一個想法:
嫦娥五號返回器和「誅仙劍」導彈的起始條件其實非常類似:
它們都是豎直下落。
只是一個高度高一個高度低罷了。
所以若是能對「誅仙劍」導彈的發射位置進行一定優化,讓它的彈頭不要豎直朝下,而是略微傾斜.....
同時再對彈體進行一些氣動結構上的設計,說不定就能通過激波達到一種效果:
彈體在下落過程中在自身構造的引導下,不斷開始發生水平的偏移。
最終從最開始的╲變成→,整個過程卻不消耗任何推進劑,并且保持了一定程度的動能。
等到接近U2的時候,推進劑燃燒加速,導彈正中紅心!(注:這是我找了二炮裝備研究院一個朋友想出來的方案,不是我本人想出來的哈,我沒那腦子......)
當然了。
這只是徐云以一個外行人角度想出的畫面,他并不了解這在導彈設計中是否存在難度。
萬一這靈感在導彈研制領域和五彩斑斕的黑是一個概念......
那么徐云保不齊就要準備喝驢毛湯了。
不過目前看來.....
似乎情況沒他想象的那么糟糕?
至少錢五師的目光沒往角落的那把掃帚上瞟......
過了大概有好一會兒。
錢五師方才眨了眨眼,將目光收回了現實。
只見他先是以一種全新的目光審視了徐云一番,又走到徐云身邊,伸手在徐云的天靈蓋周圍按了幾下。
發現掀不開后,有些遺憾的嘆了口氣。
徐云:
又過了幾秒鐘。
錢五師方才徐徐開口道:
「韓立同志,不瞞你說,我真想看看你這腦子是怎么長出來的。」
「利用激波和發射角進行氣動優化,這可真是太......」
錢五師隱隱做了個「騷」字的口型。
不過到了最后,他還是換成了幾個更加平和的字眼:
「太天馬行空了......」
見此情形。
徐云不由心中一喜,試探著對錢五師問道:
「錢主任,所以....我的這個想法其實是可行的?」
錢五師聞言收斂了臉上的感慨,沉吟片刻,認真說道:
「韓立同志,你的想法很奇特,但具體是否可行.....只能說有一定的概率。」
「畢竟激波的常見條件是超音速,而三萬米的導彈以一定傾角落下后想要達到超音速其實很困難——畢竟U2的位置并不是在地面,而是在萬米甚至接近兩萬米的高度。」
「當然了,高亞音速也能產生區部激波,但這種結構曲線我們卻沒有任何數據可以參考。」
「所以我只能說存在一定的可行性,但是否可以在短期內落到實處......」
「還需要進行更詳細的馬赫數以及啟動結構推導計算。」
提及正事,錢五師的表情就很認真了。
正如他所說的那樣。
徐云的想法很有新意,但落實在技術上的時候就很困難了。
因為這涉及到了馬赫數的概念。
啥叫馬赫數呢?
這就首先要提到一個概念:
那就是飛行器在超音速飛行時,它們的速度往往是沒有改變的,真正改變的是空氣的聲速。
這是因為低空飛行和高空飛行是完全不同的兩個概念,二者的大氣溫度存在很大差異。
因此。
同一個速度在高空可能是超音速,但在低空往往是亞音速。
所以為了更好地區分不同類型的流動,真正表達的術語是馬赫數。
或者再準確點說......
馬赫數不僅僅是用來區分不同類型的流動,馬赫數最本質的作用是體現流體的被壓縮的狀態。
關于這一點,大家可以這么理解:
把空氣想象成一根「彈黃」,「彈黃」的剛度與馬赫數成反比。
所以當馬赫數較小的時候。
「彈黃」的剛度較大。
所以速度所造成的波動就會輕易傳遞到「彈黃」所有位置,「彈黃」就不會被壓縮。
因此。
馬赫數小到一定程度時,可以認為空氣是不可壓流體。
當馬赫數較大的時候呢。
「彈黃」的剛度較小。
速度所造成的波動容易造成「彈黃」的局部壓縮,此時認為空氣是可壓流體。
這個概念非常簡單,也非常好理解。
一般來說。
馬赫數小于0.3的低速流體,可以視為不可壓流體。
而馬赫數大于0.3的流體,則為的可壓流體。
并且馬赫數超過1的時候,便會產生激波。
當馬赫數已經超過跨聲速區域后。
激波不會出現在飛機表面,而是出現在飛行器的前方——此時的激波也叫脫體激波。
所以想要保證誅仙劍導彈在只靠重力勢能提供動力的情況下完成㇏式飛行,必須要精準確定激波出現的位置。
類乘波體結構的設計。
等等!
類乘波體?
想到這里。
錢五師忽然意識到了另一件事:
如果說這個導彈真的被設計了出來,那么自己之前和徐云所說的吃斧頭的事情豈不是就......
過了幾秒鐘。
錢五師用力一咬牙。
罷了。
如果真能搞出這種導彈,啃兩口斧頭又算什么?
真男人就該啃斧頭!
總而言之。
到了這一步。
大方向上的討論也算是暫時告了一段落,剩下的便是.....
結構上的設計與計算。
于是錢五師再次按照之前的方式,將現場眾人分成了三個小組。
不過與先前不同的是。
這次錢五師不再和徐云出門摸魚,而是組成了第四個小組進行計算。
小組的另一個成員是個同樣圓臉的中年男子,看起來三十出頭,是計算組的一位成員:
此前提及過。
基地派來的計算組一共有十個人,之前的小組卻有三個,所以早先的分配方案是334,有一個其實是多余的。
眼下錢五師親自成立了第四小組,那么多余出來的人自然被拉來打起了下手。
按照職能的劃分。
四個小組分別負責四個構型推導:
吸氣式推進動力、
二維進氣道構型、
考慮黏性情況下定平面形狀的密切錐設計。
其中錢五師和徐云負責是第一個,這也是整個過程中最困難的一個方向。
不過徐云倒還是開心的。
畢竟一來能和錢老搭檔,他在情感上就先天不感覺抵觸,反而很興奮。
不夸張的說。
這是一種無上的榮耀,比什么上電視被采訪、得某某某獎榮耀多了。
二來則是......
算是四個步驟中,最接近流體力學的一個領域,涉及到很多流體力學的知識。
這個方面徐云不說多精通吧。
至少不用像之前那樣昆西附體,全程OvO。
接著很快。
四個小組便每組選擇了一間教室,開始了各自的計算推導。
其中錢五師和徐云這組留在了原本的這間教室,畢竟照顧殘疾人嘛。
「韓立同志。」
待眾人離去后。
錢五師看了眼身邊數算組的那位成員,沉吟片刻,對徐云說道說道:
「韓立同志,不知道你對有了解嗎?」
徐云點了點頭,開口道:
「唔......大致懂一點,比如說這是您提出的乘波體的三種生成方式之一。」
「其余的兩種分別是或超聲速二元流場,以及流經任意三維構型的超聲速流場。」
「軸對稱最小波阻構型可以通過經典最小阻力理論獲得,算是最容易生成乘波體的方式。」
錢五師滿意的點了點頭。
隨后他在演算紙上畫了個比較簡單的圖示,說道:
「既然韓立同志你對并不陌生,那么我們就直接進入正題吧。」
「我們這組在技術側的目的很簡單,就是將最小波阻錐導乘波體和內轉式進氣道完成一體化設計。」
「而這個設計的核心,就是曲面內錐流場的參數推導。」
說罷。
錢五師又從身邊取來了幾份文件,對徐云說道
「你看這里,這是我在早些年推導出的乘波體激波面和內錐激波面的部分交線。」
「其中曲線CD是一段捕獲型線,通常交點D位于內轉式進氣道基準流場的中心體上......」
眾所周知。
在前體進氣道一體化設計方面,眼下這個時期各國的方案有很多種。
比如李維斯特在錐形流場中用流線追蹤法設計出進氣道的唇口,來近似匹配二維進氣道構型。
霓虹的高嶋伸欣則用密切錐方法完成了這一步。
英國的斯達克則采用的是變楔角法——這位其實也挺可惜的,要是英國當年多支持他的研究,英國說不定會先完成乘波前體的研發。
而錢五師采用的則是最小波阻錐導乘波體的耦合設計,即便在后世也算是相當大膽了。
沒辦法。
如果不另辟蹊徑。
徐云的方案壓根就沒有落地的可能。
至于錢五師拿出的這份文件,可不僅僅是早些年那么簡單。
這些文件都是他從海對面提前寄回來的寶貴資料,在當時堪稱孤本,珍貴程度難以用語言來形容。
等到金貝兒背刺舉報錢五師,錢五師與妻子被監禁之后,他就再也沒法帶出或者郵寄任何東西回國了。
當然了。
也正是因為
有這幾份在海對面做過的數據,錢五師才會選擇和徐云莽這么一波。
接著很快。
錢五師畫出了一條豁口面的激波型線,并且將交點D位,寫到了內轉式進氣道基準流場的中心體上。
接著又寫下了一個流速公式:
這是完全氣體在一元等熵定常流動下的描述,在1954年就已經被推導出來了。
寫到這里后。
錢五師的筆尖微微一頓,對徐云道:
「韓立同志,你覺得接下來應該計算什么?」
「背壓比,還是面積流速關系?」
徐云知道這不是自己該客套的時候,因此立刻便表達了自己的看法:
「錢主任,我個人覺得背壓比應該會更好一點兒。」
上輩子在成飛工作的時候,徐云曾經聽一位搞流體的同事說過一件事:
激波這東西產生之后,熵會增加,但滯止壓力卻會減小。
同時呢。
激波前后的滯止溫度不變。
所以在這種情況下。
計算面積流速關系會出現一個只有通過超算才會知道的誤區:
不導入壓縮性系數的話,整個公式將會完全報廢。
因此在錢五師詢問意見后,徐云立刻提出了自己的看法——如果錢五師不問,徐云就會主動開口。
而在徐云身邊。
錢五師聞言也點了點頭:
「正合我意。」
于是很快。
錢五師便計算起了背壓比。
所謂背壓比。
指的噴嘴出口靜壓力與噴嘴上游滯止壓力之比,不過在設計方案中指的是錐流場與氣體的耦合比。
當錐流場剛好達到臨界條件時。
外部氣體達到音速,同時氣體質量流量達到最大值,此時的背壓比即稱為最大背壓比。
這個概念有點類似后世的MBPR,不過釋義上更接近下游。
接著很快。
徐云也估量了一番自己的右手狀態。
今天他的右手還沒用過,負載為0,因此他便也拿起筆和紙協助寫了起來。
眾所周知。
如果激波為正激波,且不考慮激波厚度,那么激波控制體的形狀就會很對稱:
你比劃個剪刀的手勢,然后指尖向下。
這就是激波控制體的圖示了。
而控制體CV基本方程,則由三個連續方程組成:
lit→0(∭Iσd)tΔtΔt−∬σ⋅V→⋅dA→∬σsαdA(這排版將就著看吧)
其中t為時間;
Fx為控制體內流體的受力在x軸上的分量;
v為流體速度失量;
A為控制體表面面積失量;
V為控制體體積。
同時考慮氣體穩定流動,再假設速度、能量在激波截面上是均勻的。
便有∫CSv·dAA。
隨后徐云把截面態聯立在了一起,準備繼續推導下去。
然而半分鐘后。
徐云忽然眉頭一皺,嘴里嘖了一聲,輕輕搖了頭:
「不行,要是這樣
擬合的話,就沒法繼續計算了.....」
結果話音剛落。
徐云的耳邊忽然傳來了一道聲音:
「韓立同志,為什么沒法繼續計算?」
徐云頓時一怔,順勢朝發聲者看去。
轉過頭后。
發現數算小組的那位被叫做什么「大于」的圓臉中年人,不知何時已經來到了自己身邊。
徐云見狀掃了眼正在低頭計算的錢五師,壓低聲音解釋道:
「大于同志,這不是很明顯嗎?」
「激波后的溫度高于激波產生前,壓力間斷性地急劇上升,擴散段的方程顯然是算不出來的。」
說罷。
徐云便搖了搖頭,準備試著思考另一種方法。
然而令他有些意外的是。
圓臉中年人聞言后沒有再說話,而是同樣低頭拿著筆和紙寫了起來。
徐云見狀也不再說什么,繼續做起了思考。
過了大概三四分鐘。
中年人忽然將算紙遞到了徐云面前,說道:
「韓立同志,你看看這個。」
徐云這會兒還處在思路斷檔期,被人反復打攪,心中多少還是有些想法的。
反感談不上。
但不耐煩肯定有點兒。
畢竟這可是后世的2023年都已經形成定式的準公理,在徐云看來沒太多討論的必要。
不過出于對這個時代先輩的敬重,徐云還是決定先幫忙這位同志找出問題,給他簡單的上上一課。
結果在看到算紙內容的第一時間。
徐云便頓時童孔一縮。
只見此時此刻。
算紙上赫然寫著一段推導:
已知d/u(k1)Ma2u/2(k−1)Ma2u
以及ypd/pu√[2kx2−(k−1)k1]1/2
對以上二方程進行聯立,建立二維柱坐標下的可壓縮粘性氣體的連續性方程、NS方程、能量方程和氣體狀態方程
通過變式可知,截面態會在擴散段后半段中逐漸增大,引入氣體邊界層影響后可得最終式......
看著面前的計算結果。
徐云在內心激烈震動的同時。
下意識問了一句話:
「大于同志,你怎么稱呼?——我是問你的全名。」
「你說我啊?」
名叫大于的圓臉中年人聞言扶了扶眼鏡,很是憨厚的笑著說道:
「我叫于敏.....噯,韓立同志你怎么摔下去了?」