據(jù)人民網(wǎng)消息，2014年8月25日，美國(guó)陸軍研制的“高超聲速武器”在阿拉斯加測(cè)試時(shí)發(fā)生嚴(yán)重故障，升空僅四秒后爆炸并墜落在測(cè)試基地內(nèi)。盡管如此，美軍將繼續(xù)推動(dòng)“高超音速武器”的開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，以便實(shí)現(xiàn)在一小時(shí)內(nèi)打擊地球上的任何目標(biāo)。

　　那么，高超聲速武器到底是什么？這個(gè)炫酷炸天的玩意兒，到底有多么牛逼哄哄呢？真的能一小時(shí)內(nèi)打擊地球上任意目標(biāo)嗎？我國(guó)是否有進(jìn)行這方面研究呢？

　　撰文/郭亮（中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所）

　　高超聲速，技藝高超

　　所謂“高超聲速飛行器”，是指飛行速度超過(guò)5倍聲速的飛機(jī)、導(dǎo)彈、炮彈之類(lèi)的有翼或無(wú)翼飛行器。

　　在英文中，高超聲速稱(chēng)為“hypersonic”，這個(gè)詞是我國(guó)著名科學(xué)家錢(qián)學(xué)森先生在1945年首次提出的。同時(shí)，他還提出了用“第一級(jí)噴氣式飛機(jī)搭載第二級(jí)火箭的兩級(jí)式發(fā)射”的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)高超聲速飛行的概念。直到20世紀(jì)80年代，還有許多國(guó)家遵循這個(gè)思路進(jìn)行相關(guān)的研究工作。

　　簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，這種飛行器從美國(guó)紐約飛到我國(guó)北京，還用不了2個(gè)小時(shí)。毋庸諱言，這么快的飛行器當(dāng)然具有巨大的軍事價(jià)值，可以說(shuō)是戰(zhàn)場(chǎng)上的“倚天劍”、“屠龍刀”，以它遙遙領(lǐng)先于其他大氣層飛行器的速度，無(wú)論是進(jìn)行突防、偵察還是擴(kuò)展戰(zhàn)場(chǎng)空間，都能輕松完成。

　　概括來(lái)說(shuō)，高超聲速的優(yōu)勢(shì)有三個(gè)。

　　一是飛行速度快，2小時(shí)內(nèi)可以打擊全球任何目標(biāo)。

　　二是探測(cè)難度大、突防能力強(qiáng)。由于通過(guò)時(shí)間短，防御雷達(dá)累積回波數(shù)量較少，不易被發(fā)現(xiàn)；即使被發(fā)現(xiàn)，地面防空武器系統(tǒng)也難以實(shí)現(xiàn)有效瞄準(zhǔn)，因此突防概率極高。

　　三是射程遠(yuǎn)、威力大。目前正在研究的高超聲速導(dǎo)彈，其射程都在幾百千米甚至幾千千米以上。根據(jù)動(dòng)能公式可知，物體的動(dòng)能與其速度的平方成正比，因此在進(jìn)行高超聲速飛行時(shí)，它的動(dòng)能非常之大。與傳統(tǒng)的亞聲速飛行器相比，在同樣質(zhì)量的情況下，其威力將增大很多。

　　阻礙超聲速飛行的“墻”——聲障

　　我們常用“馬赫數(shù)”（Ma）來(lái)描述飛行器的速度，它表示飛行器的飛行速度與當(dāng)?shù)芈曀僦�比�?Ma（1馬赫）就表示飛行器以1倍聲速飛行，小于1Ma即為亞聲速飛行，高于1Ma則為超聲速飛行。

　　當(dāng)飛行器的速度逐漸接近聲速后，聲波會(huì)疊合，積累在飛行器前端，產(chǎn)生激波，形成了一堵“看不見(jiàn)的墻”。這堵“墻”會(huì)使飛行器產(chǎn)生強(qiáng)烈的振蕩，不僅速度衰減，機(jī)翼下沉，機(jī)頭也會(huì)往下栽，這就是聲障。

　　為了突破激波的阻礙，飛行器除了要使用大推力的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)以外，還必須采用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的空氣動(dòng)力外形�，F(xiàn)在比較完善的方案，就是采用“后掠形機(jī)翼”或者“三角形機(jī)翼”，機(jī)翼也必須做得很薄。所以，我們看到一架飛機(jī)的外形，就可以判斷出它是超聲速還是亞超聲速。

　　高超聲速推進(jìn)技術(shù)

　　在沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室中，氣流只能達(dá)到亞聲速。為了突破這個(gè)限制，人們?cè)O(shè)計(jì)了新一代的發(fā)動(dòng)機(jī)，在它的燃燒室中流動(dòng)的是超聲速的氣流。這樣的發(fā)動(dòng)機(jī)，被稱(chēng)為超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)。

　　超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，即“超聲速燃燒沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)”(SupersonicCombustionRamjet，縮寫(xiě)為Scramjet）的簡(jiǎn)稱(chēng)。它是一種進(jìn)氣流速超過(guò)聲速的航空用沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，屬于吸氣式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的一類(lèi)。

　　高超聲速風(fēng)洞

　　目前，對(duì)高超聲速飛行的研究、試驗(yàn)和評(píng)估，主要依靠三種方法：計(jì)算模擬與仿真（CFD)、地面試驗(yàn)和飛行試驗(yàn)，三者缺一不可。

　　地面試驗(yàn)的主要設(shè)備就是“高超聲速風(fēng)洞”。

　　對(duì)于高超聲速飛行器來(lái)說(shuō)，目前已有的常規(guī)地面風(fēng)洞已經(jīng)不能完全滿足實(shí)驗(yàn)要求了，必須要使用更先進(jìn)的風(fēng)洞才行。為此，激波風(fēng)洞出現(xiàn)了。

　　激波是氣體、液體或者固體介質(zhì)中壓力、密度或溫度在波陣面上發(fā)生突躍變化的壓縮波，在超聲速流動(dòng)、爆炸等過(guò)程中都會(huì)出現(xiàn)激波。至于激波管，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是兩根管子，中間一個(gè)膜，串聯(lián)在一起。膜的一邊充高壓氣體，另一邊充低壓氣體，膜一破，高壓氣體壓縮低壓氣體，就會(huì)在低壓氣體里面產(chǎn)生一個(gè)運(yùn)動(dòng)的激波。這個(gè)激波可以將其掃過(guò)的氣體加速、加壓、升溫，而且能力非常強(qiáng)，利用這種激波管連接噴管，就做成了激波風(fēng)洞。

　　我國(guó)的JF12激波風(fēng)洞

　　中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所的高溫氣體動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，在2008年1月正式啟動(dòng)了“復(fù)現(xiàn)高超聲速飛行條件激波風(fēng)洞”項(xiàng)目，2012年該風(fēng)洞研制成功并接受了驗(yàn)收，命名為“JF12風(fēng)洞”。風(fēng)洞總長(zhǎng)265米，總重量約1000噸。無(wú)論是試驗(yàn)時(shí)間、復(fù)現(xiàn)飛行速度、試驗(yàn)區(qū)尺寸等都處于國(guó)際領(lǐng)先水平，可以說(shuō)是世界第一的高超聲速激波風(fēng)洞。