第五百五十九章 真给跪了
“.......”
教室里。
听到徐云口中冒出的这句话。
钱五师以及现场的众多‘诛仙剑’小组成员,顿时齐齐为之一愣。
说出来以后别打他?
这是啥意思?
难道徐云要说的是那种“我不是针对谁但你们都是垃圾”的话?
不过很快。
钱五师便想明白了徐云的意思:
这家伙是怕自己提出来的要求太离谱被人揍呢.....
于是他爽朗一笑,相当大气的一挥手,对徐云说道:
“韩立同志,你不用有负担,有什么想法尽管说出来便是。”
“不管是五彩斑斓的黑,还某个零部件放大的同时想要缩小一点都无所谓——做不做得到那是我们项目组的事儿。”
“我之所以请你来做助理,不正是想着你能提出一些独到的见解吗?”
“.......”
听到钱五师这番话。
本就有意表明出内心想法的徐云便也不再迟疑,直接了当的开口道:
“钱主任,您还记得我们刚才在外头聊到的乘波体技术吗?”
钱五师点了点头:
“当然记得。”
徐云则用手指做了个从上到下的自由落体动作,又说道:
“按照最初的设计,‘诛仙剑’导弹从三万米高空落下后,下落速度很快就会接近音速,并且一直会和迎面而来的空气发生撞击。”
“空气在前方堆积和压缩,导致温度升高,把动能变成热量带走。”
“同时导弹前后的气压差会产生空气阻力,给弹体一个逆向的加速度,也就是所谓的过载。”
听到徐云抛出的这句话。
钱五师再次微微点了点头。
众所周知。
气体压缩是导弹以及飞行器常见的一种情况,它会导致过载和加热的出现——摩擦反而是次要因素。
飞行器的过载越大。
就说明前方的气压越大,压缩越剧烈,产生的热量也会越强。
接着徐云顿了顿,继续解释道:
“除此以外,高空的大气密度也是一个不容忽视的环境因素。”
“有大气密度在,‘地心引力始终大于导弹绕地旋转所需的向心力’这句话是可以实现的。”
“基于以上几点,我有一个不太成熟的想法,就是......”
“我们能不能设计出一种弹体,在一定发射角度的配合下,让它在整个飞行途中完成一种类似【?】的、从高到低的运行轨迹呢?”
“整个转向过程全程通过气动结构完成,如此一来,我们只要准备最后冲刺阶段需要的横向推进剂就行了。”
“?!”
听到徐云的这番话。
一旁的钱五师顿时一愣,现场的其他人也陷入了沉默。
过了片刻。
钱五师胸口起伏了几下,整个人的呼吸频率......
骤然急促了起来。
似乎......
有门儿?
要知道。
根据钱五师等人最初的设计,导弹的下落步骤是这样的:
从诛仙剑阵平台离开后,先进行一段自由落体。
这段自由落体大概有一万多米,随便举个数值吧,比方说从三万米到两万米这个区间——u2则在1.8万米甚至更低的高度执行拍照任务。
等双方的竖直高度差在一两千米的时候。
导弹的气舵等设计开始起效。
推进剂燃烧产生横向动能,通过侧推开始让导弹转向。
最后超宽带近炸引信开始工作,引导导弹命中u2。
在整个过程中。
导弹的转向近似可以看成是一个类似【l】的形状。
但另一方面。
想让高速下落的导弹拐弯,这里需要的推力其实是很强的。
而推力的实质,就是消耗燃烧室内的推进剂。
拐弯所需要的推进剂之多,甚至要远远超过直线加速的消耗。(doi:10./j.ki.tjjs.)
但如果能够利用气动结构让导弹自行完成转向......
那么这部分的推进剂就有可能省略了。
如此一来。
整个燃烧室的体积,一下子可以缩短半数以上!
什么?
你问为什么不直接斜45°发射?
当然是因为斜45°发射需要一直用推进剂让导弹保持一个斜向下的姿态,这种做法消耗的推进剂甚至要比l型更多。
看着陷入沉思的钱五师。
一旁的徐云则轻轻缩了缩脖子。
应该不会被打吧.....
毕竟他也不知道这个方案是否具备可行性。
他提及的这个方案的最初灵感,其实来自后世嫦娥五号回归时使用的技术。
也就是当年曾经上过热搜的那个【太空打水漂】。
当然了。
这个打水漂技术的真正称呼,其实是“跳跃式再入”,属于一个非常精细的操作。
这是半弹道再入的一种特例,适用于高速再入稠密大气层。
至于目的......
自然就是为了尽可能降低过载和加热。
上辈子是吴刚的同学应该知道。
地月的距离其实很远。
当探测器从月球返回的时候,几乎是在垂直向着地球做自由落体。
重力会不断加速探测器,最终会把它加速到10.9k/s的速度。
这个速度之快,比第二宇宙速度只差了300/s。
太空中没有阻力,这意味着飞行过程中你不用开着引擎,但你也没处踩刹车。
任何人为的速度改变,都需要人工施加外力。
等飞到了目的地。
如果你不想硬着陆...也就是撞上去,就必须改变速度甚至方位。
对于月球,落地的时候还可以用火箭强行消力。
毕竟它引力小、速度慢嘛。
可是对于地球这么大引力的物体,这种做法就行不通了。
原因很简单。
化学火箭能提供的速度改变量,主要取决于燃料的多少。
想增加速度改变量,就必须增加燃料。
但这样一来。
且不论嫦娥五号的燃烧室够不够存放燃料,光是发射嫦娥五号的运载火箭就要增大数倍——根据之前的齐奥尔科夫斯基公式可以看出,随着速度改变量的增加,火箭质量会指数倍地提升。
因此这种做法显然是不行的。
最终经过各方面讨论。
设计组制定了一个特殊的回归方案:
如果能把进入大气层的位置精确控制在一个叫“再入走廊”的范围内,那么大气密度可以对回归舱进行减速。
也就是回归舱进入到大气层约60公里后,会在底部形成一个弓形激波。
这个激波会将返回器再次弹出大气层,而后进行二次再入。
如此一来。
返回器的速度就会降低40%以上。
这个原理,其实就是钱老爷子乘波体的具现。
因此在刚才。
听到钱五师的询问后,徐云忽然冒出了一个想法:
嫦娥五号返回器和‘诛仙剑’导弹的起始条件其实非常类似:
它们都是竖直下落。
只是一个高度高一个高度低罢了。
所以若是能对‘诛仙剑’导弹的发射位置进行一定优化,让它的弹头不要竖直朝下,而是略微倾斜.....
同时再对弹体进行一些气动结构上的设计,说不定就能通过激波达到一种效果:
弹体在下落过程中在自身构造的引导下,不断开始发生水平的偏移。
最终从最开始的【╲】变成【→】,整个过程却不消耗任何推进剂,并且保持了一定程度的动能。
等到接近u2的时候,推进剂燃烧加速,导弹正中红心!(注:这是我找了二炮装备研究院一个朋友想出来的方案,不是我本人想出来的哈,我没那脑子......)
当然了。
这只是徐云以一个外行人角度想出的画面,他并不了解这在导弹设计中是否存在难度。
万一这灵感在导弹研制领域和五彩斑斓的黑是一个概念......
那么徐云保不齐就要准备喝驴毛汤了。
不过目前看来.....
似乎情况没他想象的那么糟糕?
至少钱五师的目光没往角落的那把扫帚上瞟......
过了大概有好一会儿。
钱五师方才眨了眨眼,将目光收回了现实。
只见他先是以一种全新的目光审视了徐云一番,又走到徐云身边,伸手在徐云的天灵盖周围按了几下。
发现掀不开后,有些遗憾的叹了口气。
徐云:
“?????”
又过了几秒钟。
钱五师方才徐徐开口道:
“韩立同志,不瞒你说,我真想看看你这脑子是怎么长出来的。”
“利用激波和发射角进行气动优化,这可真是太......”
钱五师隐隐做了个‘骚’字的口型。
不过到了最后,他还是换成了几个更加平和的字眼:
“太天马行空了......”
见此情形。
徐云不由心中一喜,试探着对钱五师问道:
“钱主任,所以....我的这个想法其实是可行的?”
钱五师闻言收敛了脸上的感慨,沉吟片刻,认真说道:
“韩立同志,你的想法很奇特,但具体是否可行.....只能说有一定的概率。”
“毕竟激波的常见条件是超音速,而三万米的导弹以一定倾角落下后想要达到超音速其实很困难——毕竟u2的位置并不是在地面,而是在万米甚至接近两万米的高度。”
“当然了,高亚音速也能产生区部激波,但这种结构曲线我们却没有任何数据可以参考。”
“所以我只能说存在一定的可行性,但是否可以在短期内落到实处......”
“还需要进行更详细的马赫数以及启动结构推导计算。”
提及正事,钱五师的表情就很认真了。
正如他所说的那样。
徐云的想法很有新意,但落实在技术上的时候就很困难了。
因为这涉及到了马赫数的概念。
啥叫马赫数呢?
这就首先要提到一个概念:
那就是飞行器在超音速飞行时,它们的速度往往是没有改变的,真正改变的是空气的声速。
这是因为低空飞行和高空飞行是完全不同的两个概念,二者的大气温度存在很大差异。
因此。
同一个速度在高空可能是超音速,但在低空往往是亚音速。
所以为了更好地区分不同类型的流动,真正表达的术语是马赫数。
或者再准确点说......
马赫数不仅仅是用来区分不同类型的流动,马赫数最本质的作用是体现流体的被压缩的状态。
关于这一点,大家可以这么理解:
把空气想象成一根“弹黄”,“弹黄”的刚度与马赫数成反比。
所以当马赫数较小的时候。
“弹黄”的刚度较大。
所以速度所造成的波动就会轻易传递到“弹黄”所有位置,“弹黄”就不会被压缩。
因此。
马赫数小到一定程度时,可以认为空气是不可压流体。
当马赫数较大的时候呢。
“弹黄”的刚度较小。
速度所造成的波动容易造成“弹黄”的局部压缩,此时认为空气是可压流体。
这个概念非常简单,也非常好理解。
一般来说。
马赫数小于0.3的低速流体,可以视为不可压流体。
而马赫数大于0.3的流体,则为的可压流体。
并且马赫数超过1的时候,便会产生激波。
当马赫数已经超过跨声速区域后。
激波不会出现在飞机表面,而是出现在飞行器的前方——此时的激波也叫脱体激波。
所以想要保证诛仙剑导弹在只靠重力势能提供动力的情况下完成【?】式飞行,必须要精准确定激波出现的位置。
也就是.....
类乘波体结构的设计。
等等!
类乘波体?
想到这里。
钱五师忽然意识到了另一件事:
如果说这个导弹真的被设计了出来,那么自己之前和徐云所说的吃斧头的事情岂不是就......
过了几秒钟。
钱五师用力一咬牙。
罢了。
如果真能搞出这种导弹,啃两口斧头又算什么?
真男人就该啃斧头!
..........
总而言之。
到了这一步。
大方向上的讨论也算是暂时告了一段落,剩下的便是.....
结构上的设计与计算。
于是钱五师再次按照之前的方式,将现场众人分成了三个小组。
不过与先前不同的是。
这次钱五师不再和徐云出门摸鱼,而是组成了第四个小组进行计算。
小组的另一个成员是个同样圆脸的中年男子,看起来三十出头,是计算组的一位成员:
此前提及过。
基地派来的计算组一共有十个人,之前的小组却有三个,所以早先的分配方案是334,有一个其实是多余的。
眼下钱五师亲自成立了第四小组,那么多余出来的人自然被拉来打起了下手。
按照职能的划分。
四个小组分别负责四个构型推导:
超声速轴对称、
吸气式推进动力、
二维进气道构型、
以及.....
考虑黏性情况下定平面形状的密切锥设计。
其中钱五师和徐云负责是第一个超声速轴对称,这也是整个过程中最困难的一个方向。
不过徐云倒还是开心的。
毕竟一来能和钱老搭档,他在情感上就先天不感觉抵触,反而很兴奋。
不夸张的说。
这是一种无上的荣耀,比什么上电视被采访、得某某某奖荣耀多了。
二来则是......
超声速轴对称算是四个步骤中,最接近流体力学的一个领域,涉及到很多流体力学的知识。
这个方面徐云不说多精通吧。
至少不用像之前那样昆西附体,全程ovo。
接着很快。
四个小组便每组选择了一间教室,开始了各自的计算推导。
其中钱五师和徐云这组留在了原本的这间教室,毕竟照顾残疾人嘛。
“韩立同志。”
待众人离去后。
钱五师看了眼身边数算组的那位成员,沉吟片刻,对徐云说道说道:
“韩立同志,不知道你对超声速轴对称有了解吗?”
徐云点了点头,开口道:
“唔......大致懂一点,比如说这是您提出的乘波体的三种生成方式之一。”
“其余的两种分别是或超声速二元流场,以及流经任意三维构型的超声速流场。”
“轴对称最小波阻构型可以通过经典最小阻力理论获得,算是最容易生成乘波体的方式。”
钱五师满意的点了点头。
随后他在演算纸上画了个比较简单的图示,说道:
“既然韩立同志你对超声速轴对称并不陌生,那么我们就直接进入正题吧。”
“我们这组在技术侧的目的很简单,就是将最小波阻锥导乘波体和内转式进气道完成一体化设计。”
“而这个设计的核心,就是曲面内锥流场的参数推导。”
说罢。
钱五师又从身边取来了几份文件,对徐云说道
“你看这里,这是我在早些年推导出的乘波体激波面和内锥激波面的部分交线。”
“其中曲线cd是一段捕获型线,通常交点d位于内转式进气道基准流场的中心体上......”
众所周知。
在前体进气道一体化设计方面,眼下这个时期各国的方案有很多种。
比如李维斯特在锥形流场中用流线追踪法设计出进气道的唇口,来近似匹配二维进气道构型。
霓虹的高嶋伸欣则用密切锥方法完成了这一步。
英国的斯达克则采用的是变楔角法——这位其实也挺可惜的,要是英国当年多支持他的研究,英国说不定会先完成乘波前体的研发。
而钱五师采用的则是最小波阻锥导乘波体的耦合设计,即便在后世也算是相当大胆了。
没办法。
如果不另辟蹊径。
徐云的方案压根就没有落地的可能。
至于钱五师拿出的这份文件,可不仅仅是早些年那么简单。
这些文件都是他从海对面提前寄回来的宝贵资料,在当时堪称孤本,珍贵程度难以用语言来形容。
等到金贝儿背刺举报钱五师,钱五师与妻子被监禁之后,他就再也没法带出或者邮寄任何东西回国了。
当然了。
也正是因为有这几份在海对面做过的数据,钱五师才会选择和徐云莽这么一波。
接着很快。
钱五师画出了一条豁口面的激波型线,并且将交点d位,写到了内转式进气道基准流场的中心体上。
接着又写下了一个流速公式:
q=a2kk-1p0p0[(pp0)2k-(pp0)k+1k]
这是完全气体在一元等熵定常流动下的描述,在1954年就已经被推导出来了。
写到这里后。
钱五师的笔尖微微一顿,对徐云道:
“韩立同志,你觉得接下来应该计算什么?”
“背压比,还是面积-流速关系?”
徐云知道这不是自己该客套的时候,因此立刻便表达了自己的看法:
“钱主任,我个人觉得背压比应该会更好一点儿。”
上辈子在成飞工作的时候,徐云曾经听一位搞流体的同事说过一件事:
激波这东西产生之后,熵会增加,但滞止压力却会减小。
同时呢。
激波前后的滞止温度不变。
所以在这种情况下。
计算面积-流速关系会出现一个只有通过超算才会知道的误区:
不导入压缩性系数的话,整个公式将会完全报废。
因此在钱五师询问意见后,徐云立刻提出了自己的看法——如果钱五师不问,徐云就会主动开口。
而在徐云身边。
钱五师闻言也点了点头:
“正合我意。”
于是很快。
钱五师便计算起了背压比。
所谓背压比。
指的喷嘴出口静压力与喷嘴上游滞止压力之比,不过在设计方案中指的是锥流场与气体的耦合比。
当锥流场刚好达到临界条件时。
外部气体达到音速,同时气体质量流量达到最大值,此时的背压比即称为最大背压比。
这个概念有点类似后世的bpr,不过释义上更接近下游。
接着很快。
徐云也估量了一番自己的右手状态。
今天他的右手还没用过,负载为0,因此他便也拿起笔和纸协助写了起来。
众所周知。
如果激波为正激波,且不考虑激波厚度,那么激波控制体的形状就会很对称:
你比划个剪刀的手势,然后指尖向下。
这就是激波控制体的图示了。
而控制体cv基本方程,则由三个连续方程组成:
dΦdt=ddt∫v?(r,t)dv=??t∫v?(r,t)dv+∮s?(r,t)u?nda
Δn=(?iiσpdt+?iiiσpdt))t+Δt?(?iiσppdt)t
liΔt→0(?iσpdt)t+ΔtΔt=??σ?v→?da→=?σpvs?αda(起点这排版将就着看吧)
其中t为时间;
fx为控制体内流体的受力在x轴上的分量;
v为流体速度失量;
a为控制体表面面积失量;
v为控制体体积。
同时考虑气体稳定流动,再假设速度、能量在激波截面上是均匀的。
便有∫csv·da=ca。
随后徐云把截面态联立在了一起,准备继续推导下去。
然而半分钟后。
徐云忽然眉头一皱,嘴里啧了一声,轻轻摇了头:
“不行,要是这样拟合的话,就没法继续计算了.....”
结果话音刚落。
徐云的耳边忽然传来了一道声音:
“韩立同志,为什么没法继续计算?”
“?”
徐云顿时一怔,顺势朝发声者看去。
转过头后。
发现数算小组的那位被叫做什么“大于”的圆脸中年人,不知何时已经来到了自己身边。
徐云见状扫了眼正在低头计算的钱五师,压低声音解释道:
“大于同志,这不是很明显吗?”
“激波后的温度高于激波产生前,压力间断性地急剧上升,扩散段的方程显然是算不出来的。”
说罢。
徐云便摇了摇头,准备试着思考另一种方法。
然而令他有些意外的是。
圆脸中年人闻言后没有再说话,而是同样低头拿着笔和纸写了起来。
徐云见状也不再说什么,继续做起了思考。
过了大概三四分钟。
中年人忽然将算纸递到了徐云面前,说道:
“韩立同志,你看看这个。”
徐云这会儿还处在思路断档期,被人反复打搅,心中多少还是有些想法的。
反感谈不上。
但不耐烦肯定有点儿。
毕竟这可是后世的2023年都已经形成定式的准公理,在徐云看来没太多讨论的必要。
不过出于对这个时代先辈的敬重,徐云还是决定先帮忙这位同志找出问题,给他简单的上上一课。
结果在看到算纸内容的第一时间。
徐云便顿时童孔一缩。
只见此时此刻。
算纸上赫然写着一段推导:
【已知pd/pu=(k+1)a2u/2+(k?1)a2u】
【以及y=pd/pu√[2kx2?(k?1)k+1]^1/2】
【对以上二方程进行联立,建立二维柱坐标下的可压缩粘性气体的连续性方程、n-s方程、能量方程和气体状态方程】
【通过变式可知,截面态会在扩散段后半段中逐渐增大,引入气体边界层影响后可得最终式......】
【∑f→cv=??t?cvv→pdb+?→)da......】
“??????”
看着面前的计算结果。
徐云在内心激烈震动的同时。
下意识问了一句话:
“大于同志,你怎么称呼?——我是问你的全名。”
“你说我啊?”
名叫大于的圆脸中年人闻言扶了扶眼镜,很是憨厚的笑着说道:
“我叫于敏.....嗳,韩立同志你怎么摔下去了?”
........
走进不科学