Xipin Dongfeng-17 Füzesinin Aerodinamik Tasarımı
[Metin / Gözlemci Ağı Köşe Yazarı Chen Feng]
Dongfeng-17 çok güçlü ve dünyadaki herkes bunu biliyor. Ancak ne kadar güçlü olduğu hayal edildiği kadar basit olmayabilir.
Dongfeng-17, gerçek savaşa sokulabilen dünyanın ilk hipersonik silahıdır. Bununla birlikte, hipersonik hız sadece hızlıdır. Böyle bir hıza ulaşmak zor değildir. Yeterli roket motorları ile hipersonik hıza ulaşmak zordur. Bu hızlarda hassas kontrolün nasıl sağlanacağı, geleneksel uçak ve füze tasarımı deneyimi artık kullanışlı değil. Bu, traktörler ve F1 arabaları için direksiyon simidi gibidir.
Sonuçta, sadece hipersonik hız yeterliyse, sadece şiddetli bir roket kurun ...
Uçan cismin hızı ses hızını aştığında, uçan cismin öndeki havadaki basıncı, görünmez bir konik şemsiye yüzeyine doğru ilerliyormuş gibi bir şok dalgası oluşturur. "Şemsiye yüzeyinin" arkasında düşük basınç alanı vardır ve hava akış hızı teorik olarak ses altı hıza indirilerek büyük ölçüde azaltılır. Teorik olarak, şok dalgalarının yoğunluğu sonsuzdur. Şok dalgası da iyi bir ısı iletkenidir ve şok dalgasının "şemsiyesinin" arkasındaki hava akışı sıcaklığı da büyük ölçüde azaltılır Aerodinamik ısıtma ve ısı iletimi şok dalgası tarafından gerçekleştirilir, bu nedenle şok dalgasının kendisi de ısı koruma tasarımının önemli bir parçasıdır.
Hız M5-6 veya daha yüksek bir değere ulaştıktan sonra bu hipersonik hızdır. Pnömatik ısıtma havanın termodinamik ve aerodinamik özelliklerini etkileşime sokar.Örneğin, sıcaklıktaki artış havanın yoğunluğunun ve viskozitesinin değişmesine neden olur ve başlangıçta ince yüksek irtifa hava yoğunluğu havayı yapar Moleküller arasındaki etkileşim, sürekli bir ortamdan bağımsız parçacıklara dönüşür. Bu, yalnızca aerodinamik olayları düşünen geleneksel uçak tasarımını artık kullanışlı hale getirmez ve aerotermodinamik etrafında yeni bir teori ve tasarım çerçevesi oluşturmak gerekir.
Geçmişte bu, fildişinin ucunda çok popüler olmayan bir konuydu.Sadece saf ve saf akademik çevrelerde yer alıyordu ve çok az sayıda insan uzay uçuşuyla uğraşıyordu. Bu nedenle uzun süre teorik düzeyde kaldı ya da projelerle meşrulaştırıldı. . Ancak hipersonik hızın silahlandırılması, bu tür "manuel çalıştırmayı" artık mümkün kılmaz. Dongfeng-21D manevrasına yeniden giriş ve uçaksavar gemisi çözümünden yola çıkarak Çin kontrolden çıktı ve bu alanda doğrudan dünyanın ön saflarına geçti.
Aerothermodynamics çok "niş" bir alandı, genellikle yalnızca gezegen sondaları gibi uzay araçları tarafından kullanılır
Mart 2017'de Çin, Xiamen'de Amerikan Havacılık ve Uzay Bilimleri Derneği Yıllık Hipersonik Konferansı'nı düzenledi ve bu konferans, çok sayıda başarılı test sonucunu ve fiziksel resmi nezaketle sergiledi ve dünyayı şok etti. ABD "Haftalık Havacılık" dergisi bunun pruvadan yapılan bir atış olduğunu belirtti (Başlangıçta düşman gemisi durmaya zorlandığında donanmanın pruvasına yapılan bir atış olması amaçlanan pruvadan bir atış, yani geminin durduğunda pruvadan vurulacağı anlamına geliyordu. Anlam, genel uyarılara veya gösterilere genişletilecektir). Önümüzdeki iki yıl içinde ABD, yetişmek için acele etti, ancak yine de Çin'in gerisinde kalıyor Öngörülebilir gelecekte, yalnızca Çin'in önceki nesil bikonik hipersonik planörlerle (Dongfeng-15 gibi) karşılaştırılabilen hipersonik silahların pratik seviyelere ulaşması bekleniyor. Dongfeng-17 teknolojisine karşılık gelen Amerikan hipersonik araştırma makinesi HTV-2'nin iki testi başarısız oldu ve anahtar teknolojinin henüz yerinde olmadığını ve kamuya açık bir kısa vadeli yeniden test planı olmadığını ortaya koydu.
Hipersonik çağdaki çift koni, süpersonik çağdaki dikdörtgen veya yarım daire şeklindeki hava girişi ile karşılaştırılabilir.Her ikisi de, teorik analiz ve tasarımın zorluğunu kontrol edilebilir bir düzeye indiren, basit geometrik şekiller aracılığıyla karmaşık akış olaylarının basitleştirilmiş yöntemleridir. , Ancak performans bu nedenle sınırlıdır.
Dongfeng-17, düz duran bir ok kümesi gibi karmaşık bir şekle sahip düz bir koni kullanır. Bu aynı zamanda HTV-2'nin temel şeklidir. Aradaki fark, Dongfeng-17'nin düz konisinin büyük yan çubuklar gibi yan kenarlara sahip olması ve kavisli yan kenarların yay geçişleri yerine düz kenarlara geçerken keskin köşelere sahip olmasıdır. Yan kenarın arka kısmı elbette pnömatik kontrol için dümen yüzeyidir, HTV-2 ise pnömatik kontrol yüzeyine sahip değildir ve sıvı nitrojen gazlaştırma ile üretilen yüksek basınçlı gazla çalıştırılan bir itme ters motoru kullanır.
Uçaklarda uzun süredir kenar şeritleri kullanılmaktadır. SR-71, burundan geniş bir yan şeride sahiptir ve F-18, bir dövüşçü üzerinde büyük yan şeridi kullanmaya başlamıştır. SR-71'in geniş yan çubukları, M3'te ekstra kaldırma oluşturmak, kaldırma dağılımını iyileştirmek ve trim direncini azaltmak için kullanılır. F-18'in geniş yan çubukları, manevra kabiliyetini iyileştirmek için yüksek saldırı açılarında girdap kaldırma oluşturmak için kullanılır. Görünüşe göre aynı büyük yan şeritlerin çok farklı işlevleri var, ancak bir şey aynı: büyük yan şeritten kanada geçiş dışında, yan şeridin ön kenarı düz bir yay. SR-71 basit bir yaydır, F-18 classic, S'nin ön kenarının karmaşık bir yaydır ve F-18E basit bir kavise geri döner, ancak daha geniş ve daha doludur. Klasik F-18'in S-şekli, geniş kenar çubuğunun etkisini azaltmak içindir.Geniş kenar çubuğunun aerodinamik özellikleri tam olarak kavranamadığında, muhafazakar olmak daha iyidir. F-18E döneminde, McDonnell Douglas, geniş yan şeritlerin aerodinamik özelliklerine daha fazla güven duymaktadır.Daha geniş ve daha dolgun büyük yan şeritlerin daha iyi etkileri vardır ve yan etkiler tam olarak anlaşılmıştır ve etkili bir şekilde kontrol edilebilir.
O yılın F / A-18'inde, yan şeritlerin aerodinamik özellikleri tam olarak kavranamadı, bu nedenle bir "çentik" kaldı ve "Super Hornet" tam bir şekil haline geldi.
Ancak Dongfeng-17'nin geniş yan şeritleri daha çok Su-27'ye benziyor.Başka bir deyişle, büyük yan şeritlerin etkisi F-18'in klasik S-şekli veya F-18E'nin basit yayı kadar güçlü değil, kanala geçişten önce. Ani bir köşe var. Eski bir söze göre anormallik bir iblistir. Bu doğru, çünkü Dongfeng-17'nin büyük yan çubukları SR-71 gibi kaldırma dağılımını iyileştirmek için kullanılmıyor, F-18 gibi girdap kaldırma oluşturmak için de kullanılmıyor, ancak daha geniş olanın şok dalgası yükselmesini oluşturmak için kullanılıyor.
Gelen haberlere göre Dongfeng-17, M10 kalkış hızıyla 60 kilometre yükseklikte süzülmeye başladı ve M4 hızıyla 1400 kilometreye süzüldü, daha sonra roket motoru kısa bir hızlanma için çalıştırılarak tekrar süzülmeye başladı ve 1700 kilometre menzil sonunda yüksekte kaldı. Para yatırma hızı. Başka bir deyişle, çıkış bölümü ve "dengeleme hızından" önceki bölüm haricinde, Dongfeng-17 menzili boyunca hipersoniktir, bu nedenle kaldırma oluşturmak için geleneksel kanatları kullanmak mümkün değildir, sadece dalga binicileri. Yüksek kaldırma, düşük sürtünme ve yüksek süzülme oranına (süzülme mesafesinin irtifa kaybına oranı) sahip hipersonik uçan cisim, dünya çapında bir sorundur.
Dalga binicisi şok dalgası üzerinde "oturur" veya şok dalgası, dalga binicisi geminin alt tarafından desteklenen çelik düz tabanlı bir gövde gibidir. Bu, kaldırma kuvveti oluşturmak için bir "yer değiştirme" yerine kaldırma oluşturmak için "düz bir taban" kullandığından, tüm şekiller yalnızca düz taban için kullanılır. Ve sadece yeterli kaldırma sağlamak için değil, aynı zamanda aşırı sürüklenmeyi önlemek için. Çift koni, geniş olduğu kadar yüksek de olan koni şeklinde bir şok dalgası üretir, bu nedenle, açık "kuyruk eteği" ekstra kaldırma oluştursa bile, kaldırma-sürükleme oranı hızla tavana çarpar. Yeniden giriş-yukarı çekme için kullanılır, ancak atmosferde uzun menzilli süzülmek çok zordur. HTV-2 gibi bir ok kümesi, doğru yönde düz bir şok dalgası üretir.
Ancak HTV-2, tutumu kontrol etmek için esas olarak ters itme motorunu kullanarak hala nispeten muhafazakar. Merminin altındaki iki parçalı kanatlar iyi konumlandırılmamış. Dalga binicisi, kaldırma oluşturmak için şok dalgası üzerinde "oturur" ve merminin alt kanadı, şok dalgasına karşı savaşır ve birbirine müdahale eder. Dahası, iki kanadın yanal momenti yetersizdir ve sadece sınırlı dönüş kontrol kabiliyetine sahiptir; boylamasına yön sadece baş aşağı momentini üretebilir, baş yukarı momentini üretmek zordur ve kontrol yeteneği daha da yetersizdir.
DF-17'nin geniş yan şeridi hafifçe "döndü" ve ünlü salondan çıktı.
Tutumu kontrol etmek için ters itme motorunun ana kullanımı aerodinamik tasarım problemini basitleştirir, ancak aerodinamik kontrolün faydaları elde edilmez. İtme ters motorları yalnızca boşluklarda çalışabilir ve ince ayarının yapılması zor olan bir minimum jet hacmi sınırı vardır, bu nedenle kontrol doğruluğu esasen sınırlıdır. Kanat sürekli çalışır ve ayarlanabilir aralık, ters itme motorununkini büyük ölçüde aşar ve kontrol doğruluğu çok daha yüksektir. Seyir sırasında ekstra kaldırma oluşturmaya gelince, bu sadece teorik bir fayda olabilir, ancak aslında biraz zor. Kanadın konumu belirlendikten sonra, kaldırma merkezi göreceli olarak sabitlenir ve ağırlık merkezi ile ilişki görece sabitlenir. Tek kanat, kaldırma veya aerodinamik kontrol için kullanılır, bu nedenle iki rolü gerçekleştirmek zordur. Ancak ekstra geniş yan şeritler farklıdır ve bu da kaldırma oluşturmak için kullanılabilir.
Ancak bu, doğrudan aerodinamik kaldırma oluşturmayan, ancak her iki tarafa da düz ve genişletilmiş bir şok dalgası oluşturan F-18 gibi büyük bir yan şerit değil. Ok kümesinin başlangıçta her iki tarafa da uzanan düz bir şok dalgası vardı, ancak daha çok arkadan sürüklenen bir süpürge gibiydi. Dongfeng-17'nin büyük yan şeridi dışa doğru bükülür. Bu hafif dönüş, şehrin düşmesine neden olur ve orijinal olarak arkasından gelen düz şok dalgasını büyük ölçüde ayırır. "Sanal kanat" kaldırma kuvveti oluşturur. Bu gizemli köşe, yan şok dalgasının enerjisini (başka bir deyişle sertliği) güçlendirir ve şok dalgasının şeklini tam olarak kontrol eder. Aksine, HTV-2'nin her iki tarafındaki kenarlar temelde düz çizgilerdir ve aerodinamik tasarım seviyesindeki fark apaçık ortadadır.
Süpersonik uçuşun genel sorunu, gereksiz şok dalgalarından kaçınmaktır, ancak belirli bir amaca ulaşmak için şok dalgası kontrolünün kasıtlı kullanımı da vardır.Çok dalgalı sistem hava girişi, kasıtlı şok dalgası kontrolüne bir örnektir. Dongfeng-17, başka bir kasıtlı kullanımdır. Şok dalgaları örnekleri. Hız ne kadar yüksekse, geniş kenar çubuğunun ürettiği bıçak şeklindeki şok dalgasının süpürme açısı o kadar büyüktür ve "bıçak" o kadar ince olduğundan "sanal kanat" da doğal "değişken tarama açısı" ve "değişken kalınlık" etkilerine sahiptir. , Yüksek hızlı sürükleme azaltma gereksinimlerine ve düşük hız artış gereksinimlerine otomatik olarak uyum sağlar.
Bıçak şeklindeki şok dalgası, düşük basınç bölgesindeki füze kanatlarını da "kapladı". Bu, Dongfeng-17'nin her iki tarafındaki kanatların, büyük kenar çubuğunun köşesinden belirli bir mesafe geride kalmasının nedenidir. Ses altı durumdaki aerodinamik kontrol yüzeyinin tasarımı çok olgun bir teknolojidir, böylece geleneksel füze kanadı aerodinamik kontrolü etkin bir şekilde uygulayabilir ve kontrol doğruluğunun, HTV-2 gibi ters itme kontrolünden daha büyük sıralar olması beklenir.
Yan taraftaki büyük yan şeridin iki köşesi, yan taraftaki şok dalgasının şeklini değiştirebilir, böylece dümen yüzeyi, süper uçağın kontrol problemini çözen şok dalgasının arkasındaki ses altı hava akışında çalışabilir.
Merminin tepesindeki yuvarlak "alın" da, üst kanadı "örten" şok dalgaları oluşturdu. Bombanın düz tabanının böyle bir kapağı yoktur, ancak ok kümesinin uçuş kontrolü uçağa füzeden daha yakındır, bu nedenle haç veya X şeklindeki kanatların kullanılmasına gerek yoktur.Orijinal alt kanatlara ihtiyaç yoktur.
Dongfeng-17 ve HTV-2'yi karşılaştırırken ortaya çıkan bir başka bulgu da Dongfeng-17 mermisinin enine kesitinin yuvarlak bir şekle daha yakın olması ve HTV-2 kadar düz olmamasıdır. Düzlük, yüksek kaldırma-sürükleme oranına sahip daha geniş bir kullanıcı için bir gerekliliktir, ancak düzlük, mermilerin uyum sağlamasını da zorlaştırır. Ok kümesinin genişliği, destek roketinin çapını çok fazla aşmamalıdır, bu da ok kümesi savaş başlığının hacmini sınırlar, bu da yeterli yük ve parçayı barındırmayı zorlaştırır.Ancak, çok sayıda hedefin imha edilmesi için yine de belirli yük ve parçalara ihtiyaç vardır. Tek başına kinetik enerji yeterli değildir.
Bununla birlikte, Dongfeng-17 ok kümesi, kaldırma oluşturmak için "sanal kanat" kullanır. Merminin düz tabanı, kaldırmayı daha da artırır, bu da ok kümesinin genişliğinin büyük ölçüde azaltılmasına yardımcı olur. Bu, merminin nispeten uzun ve tam enine kesitine eşdeğerdir. Füze adaptasyonunu basitleştirin. Dongfeng-17 bariz bir füze adaptasyon bölümüne sahiptir, ancak şekli oldukça düzenlidir.Eğer daha düz bir ok kümesiyse, mermilerin ve okların geçişinin büyük ölçüde karmaşık olacağı düşünülebilir ki bu da mermilerin aerodinamik özelliklerini bir bütün olarak karmaşıklaştırır. Yükselme ve kaymanın uçuşunu etkiler.
Merminin tam kesiti, aynı zamanda, yükü artırabilen ve mermi üzerine elektronik ekipmanın kurulumunu kolaylaştırabilen ok kümesinin pratik değerinin anahtarıdır. Aksi takdirde, vurmak için düz ama neredeyse katı bir ok kümesi monte etmenin pratik değeri çok az olacaktır. Bu aynı zamanda Dongfeng-17 "güçlü kayma" kabiliyetinin temelini oluşturur. Sadece yeterli hacim, "hızı tamamlamak" için yeterli yakıt ve roket motorlarını barındırabilir ve kayma zayıf olduğunda menzili artırabilir.
Amerikan HTV-2'nin kontrol tasarımı çok karmaşık ve etkisi iyi değil.
Bu büyük ilkeler Çin'in benzersiz bilgisi olmayabilir, en azından Dongfeng-17 halka açıldığına göre, resimlere bakmak ve anlamak her zaman mümkündür. Ama söylemesi kolay ama bunu yapmak için ayrıntılarda büyük iblisler var. Bu oldukça karmaşık bir dört boyutlu şok dalgası problemidir, çünkü şok dalgasının uzaysal şekli ve gücü de hızdan etkilenir (süzülen cisimler için bu zamana eşdeğer olabilir) Normal uçuşu sağlamak için şekli etkili bir şekilde bulabilmek ve kontrol edebilmek gerekir. Ve tutum kontrolü. Bu aynı zamanda, Dongfeng-17'nin HTV-2'den bir blok ötede bulunan kaldırma ve aerodinamik kontrol mekanizmalarının da gizemidir. Hız artışı ve menzile ek olarak, başka bir cadde atıldı. Amerika Birleşik Devletleri yetişebilir mi? Hala mümkün, sadece biraz zaman alıyor, ama aynı zamanda Wall Street'in yaratıcılığından ziyade biraz gerçek matematik, fizik ve kimya, sadece sözde değil.
Raporlara göre Çin, farklı hipersonik uçuş koşullarına göre uçakları ve şok dalgası şekillerini doğru bir şekilde tasarlayabilen "şok dalgası montaj yöntemi" konusunda uzmanlaşmıştır. Aynı teknoloji, çift koniden temelde farklı olan sadece süzülme değil, hipersonik güçlendirilmiş uçuş için de kullanılabilir. Bu, tek başına bir süper bilgisayarla yapabileceğiniz bir şey değildir, tıpkı birine Word'lü bir bilgisayar vermek onu otomatik olarak ünlü bir yazar yapmaz gibi. Bu, hipersonik bir rüzgar tüneli veya serbest uçuş testi ile şiddetli bir şekilde kırılabilecek bir şey değildir Büyük testler ne gerçekçidir, ne de mühendislik amplifikasyonunun etkisini ve test noktaları arasındaki geçiş alanını tahmin etmek zor olabilir. Bu, teori ve deney kombinasyonunun ürünü olmalıdır. Ama nasıl yapılacağını bilenler bunu söylemeyecekler, bunu söyleyebilenler bilmiyorlar, dış dünyanın sadece bunun gerçekten harika olduğunun farkına varması gerekiyor.
Zekice tasarlanmış tasarım aynı zamanda gelişmiş üretim gerektirir. Hipersonik hızlarda, her iki taraftaki bıçak şeklindeki şok dalgalarının asimetrik olması durumunda normal uçuşun sürdürülemeyeceğinden bahsetmeye gerek yok. İlgili raporların daha önce de bahsettiği gibi, bu bir dizi maddi ve elektronik teknoloji sorunu değildir.
Dongfeng-17 sadece küçük bir testtir. "Şok dalgası birleştirme yönteminin" sırrı, farklı boyut, hız ve amaçlara sahip füzelere esnek bir şekilde uygulanabilmesidir. Orta menzilli füzelerin Dongfeng-26 seviyesine genişlemesi doğal bir uzantıdır ve Dongfeng-31 seviyesinin yarı-kıtalararası füzelerinde daha fazla genişleme beklenmektedir. Dongfeng-41 seviyesinin uzatılmasına gelince, genişletilmiş süzülme menzili ile ilgisi yok.Yeryüzünde uçmak gerekli değil ve manevra yapan balistik yörüngenin sadece belirli bir dereceye kadar sapması gerekiyor, ancak savaş başlığının ağırlığını artırmak için kayma artışının pratik önemi var. Bu Dongfeng-41 için kritik değilse, boyutu, ağırlığı ve özellikle uzunluğu büyük ölçüde kısıtlanan denizaltıdan fırlatılan kıtalararası füzeler için büyük önem taşıyor.
Raporlara göre, Amerika Birleşik Devletleri'nin elektromanyetik silahlar için tasarladığı mühimmatın (HVP) hızı aslında Mach 3'ten (gerçek testlerin yapıldığı hız) fazla değildi ve bu aynı zamanda Amerika Birleşik Devletleri'nin hipersonik teknoloji alanında henüz bir geçiş yapmadığının da bir göstergesi.
Öte yandan, taktik füzelerin M3-4'e ve hatta daha yüksek hızlara ulaşması da çok mantıklı. Anti-tank füzeleri, modern ana muharebe tanklarının zırh korumasını büyük ölçüde aşan içi boş yükler, kademeli savaş başlıkları ve diğer teknolojileri kullanır, ancak füzenin boyutunu ve ağırlığını büyük ölçüde artırmadan zırh delme kabiliyetini daha da artırmak zaten çok önemlidir. Bu zor. Yüksek hızlı kinetik enerjili zırh delici savaş başlığı, ilave zırhın koruyucu etkisini parçalayabilir En etkili anti-tank kuyruğu stabilize zırh delici mermi böyledir. Aynısı uçaksavarlar için de geçerlidir.Doğrudan bir isabet, savaş başlığının ağırlığını büyük ölçüde azaltabilir ve tüm bombanın hacmini ve ağırlığını azaltabilir. Ancak sorun, hafif yüksek hızlı füzenin tahrik teknolojisi değil, tam isabetidir. "Şok dalgası birleştirme yöntemi" bir gün taktik füzeler için kullanılabilir ve Çin'in taktik füzeleri de bir adım ileri gidecek.
Dongfeng-17, harikasın!
