这是一个划时代的节点。
不算已作古的毛子,美帝在这块一骑绝尘。
中国紧赶慢赶,美帝算是终于有个伴了。
因为带抽风机的涡轮发动机提供的速度有限,而天下武功又是唯快不破,
所以在军事对抗上,大伙很快就在把注意力放在了高速飞行器上。
首先一个问题,飞机速度为啥用「马赫」表示?
马赫它表示的是速度和音速的比值。
马赫这个名字呢,其实是奥地利物理学家恩斯特·马赫(Ernst Mach,1838-1916)的名字,
因为是他第一个引用了这个单位,所以后来大家就用他的名字来命名了。
可以简答地理解为,多少马赫就是多少倍音速。
很多人不知道,马赫其实不是一个固定的数字。
在空气稀薄的万米高空,音速是 295m/s,1 马赫就是 295m/s;
在空气稠密的低空,音速则达到了 340m/s,1 马赫就是 340m/s;
在没有空气的太空,声音无法传播,所以不能用马赫表示速度。
那为什么算个速度要这么折腾呢?咱们试着用几句话来解释一下:
第一,飞机飞行和发动机运转,会产生很大的声音;
第二,声音传播的本质是空气分子的振动波;
第三,当声源的速度等于声波传输的速度,此时运动方向上的波峰波谷就会无限叠加;
第四,这种无限叠加的振动波会导致空气被极度压缩,压力骤增;
第五,空气中的水蒸气随后被液化成小水滴,也就是大家电视里常看到的围绕飞行器的白雾,并产生音爆;
第六,超音速的瞬间,飞行器像是撞到了一堵用高密度空气筑成的墙上,这种由声波导致空气压缩产生的阻力,学名叫做激波阻力。
激波阻力骤增骤降,非常考验飞行器的技术含量,而音速不是一个固定值,因此用马赫来表示大气层内飞行器的速度也就顺理成章了。
此外还有因空气摩擦产生的飞行阻力,这股力与空气的密度成正比,与速度的平方成正比,
简单点说就是,速度增加一倍,阻力会变大四倍。
激波阻力和飞行阻力一叠加,麻烦大了!
如果飞行器全程都在稠密的大气层内飞行,无论导弹还是飞机,速度能超过 5 马赫你就是半仙了!
而即便撑到了 5 马赫,那也是拿燃料往发动机里灌出来的,你都能看到油箱里面有一个吸油产生的漩涡!
能持续 5 分钟可就是真正的神仙了!
所以,5 马赫,差不多是大气层内低空飞行器的极限,
注意,这说的是全程都在低空大气层内飞行的速度极限,那些从高空回来的飞行器超过 5 马赫速度倒也是很正常的。
因此,用大气层内的武器去拦截 5 马赫以上的机动目标,成功与否主要取决于祖坟是否冒青烟。
对飞行器来说,空气可真不是个好东西!于是,人们就把主意打到了外太空。
「太空没有重力,轻轻一推就能飞很远?」
大多小盆友一直认为太空没有重力,这让九年义务教育外加三年高中情何以堪!
太空只是没有空气而已,近地轨道的重力和地面差不了多少。
失重不是失去重力的意思,
而是指飞行器绕地球转圈产生的向心力(俗称离心力)与地球引力相等,
这应该不难理解,高中毕过业的你一定能听懂。
所以呢,所谓的太空飞行,实际上就是靠惯性一直在天上飘着,路线是死死的。
眼下得人类是不可能在太空实现自由翱翔的,因为这需要海量燃料,多到根本飞不起来。
光是把飞行器加速到第一宇宙速度的 7.9 公里每秒,几十上百吨的燃料就没了,如果还想在太空掉个头,就只能请佛祖帮忙了。
举个例子。
在大气层内飞行,只要动动机翼,就能来个直角转弯。
太空的直角拐弯怎么做呢?
飞行器要开启反向发动机,把竖直方向的速度从 7.9km/s 降到 0,与此同时开启横向发动机,把横向速度从 0 加速到 7.9km/s。
速度慢一点不行吗?
当然可以,但是底下还得开个发动机托着,不然绕圈离心力不足以抵消地球引力,飞行器就会掉下来。
再把这中学知识给那些大学毕业生强调一遍:在太空是没法悬停的,你能做的只有飞速绕地球转圈,让离心力去抵消重力。
所以,速度固然可以飙得很快,可一旦想转弯或减速,你还是会超级怀念空气了。
对于飞行器来讲,赶路的时候最好没有空气,滞空或拐弯的时候最好有空气。
哪里能实现这个要求呢?
还真有,那里就是大气层边缘,在这里飞行的飞行器,学名叫做临近空间飞行器,简称临空飞行器,
因为这货速度通常超过 5 马赫,所以也可以叫超高速飞行器。
这有啥好处呢?标题党老拿速度说事,这仅仅是速度的事儿吗?
你以为单纯的超高速飞行很稀罕吗?
洲际导弹速度达到几十马赫它骄傲了吗!
临空飞行了不起吗?
一枚低配版的火箭就可以太空旅游了,知道吗!
所以无论按速度还是按高度算,高速飞行器拍马也追不上弹道导弹。
这肯定有点不妥啊,是哪里不对劲呢?
如果不懂点中段反导的常识,就不明白高速飞行器的意义。
下面简单总结下反导的内容:
洲际弹道导弹可以看成一门大号火炮,
弹头加速就刚开始的几分钟而已,剩下 80% 的时间,弹头是处于无动力滑行状态的,最后靠自由落体砸向目标。
反导拦截弹也是一门大号火炮,同样无法在太空自由翱翔,到了太空也是靠惯性飘过去,
虽然也会带着小型的调姿发动机,其末端轨道修正能力也不会超过几公里。
如果不是提前约好地点,两门隔着上千公里的大炮想在太空相遇,这缘分怕是八辈子都修不来。
所以,反导的前提是计算来袭弹头的轨道,
能计算轨道的前提是弹头必须无动力滑行,
这就是中段反导的基本原理。
所以,作为弹头若是这么傻傻地飘过去,被拦截的概率还是不小的,
后来洲际导弹就动了很多脑筋,
变轨啊、诱饵弹啊、制冷啊、铝箔干扰啊……
总之,两者在中段飞行时的较量是非常激烈的。
可是,弹头一旦重返大气层,就基本无解了。
大气层内的拦截弹撑死 5 马赫,十几马赫的弹头稍微拐个弯,拦截弹马上甩没影,几秒钟后,蘑菇弹就送家门口了。
有的同学这里会有疑问,既然拦截是迎头碰撞,为啥还要比谁速度快,我站着不动你都会撞上来啊?
哈哈,我来举个例子,
来袭弹头 10 马赫,拦截弹 4 马赫,两者相距 5 公里,约 1 秒后相撞。
此时弹头来个末端机动,横向移个百十来米,你 4 马赫的小短腿跟得上不?更别说你站着不动了。
所以大气层内的防空主要针对低速目标,
诸如飞机、巡航导弹之类,对付洲际导弹,和徒手接子弹的难度差不多。
看到这,大家能不能悟出点啥?
如果弹头能够跨过中段飞行,直接进入末端,带着 10 马赫的淫威重返大气层,面对不到 5 马赫的拦截弹,
此时响起的背景音乐肯定是:「无敌是多么……多么寂寞……」
还是用数字说得明白一点。
假设,在 2000 公里外、50 公里高的大气层边缘,发现一架高速飞行器以 10 马赫速度飘过来,该怎么办?
首先,发射一颗足够射程的中段反导拦截弹!
前面说了,中段反导是一门大号火炮,这家伙助推完成大约只飞出一两百公里,剩下的一千多公里靠惯性飘过去。
拦截弹为了飙速度赶时间,也为了拦截瞬间的灵活性,不可能带很多燃料,因此变轨距离非常有限。
早些年,被誉为黑科技的美帝「标准 3」中段反导拦截弹,末端变轨能力也才 3 千米出头,
也就是说,这枚拦截弹飘到一千多公里外,与目标的偏差不能超过 3 公里。
3 公里啊,这点距离在太空算啥!
高速飞行器的方向盘抖一抖,就能轻松甩开这 3 公里!
若中段拦截失败,等高速飞行器近了,再发射末端高空拦截弹,
比如萨德!
萨德从地面往上飞,不爬到几十公里高,速度是上不来的,
而高速飞行器居高临下,两者极限速度又差不多,绕个圈,把萨德燃料耗完,事情也就了了。
飞到目标区域后,以 10 马赫的速度丢下弹头,然后返航。
到最后弹头飞下来,用近防炮、密集阵拦截,只是图个心理安慰!
这些玩意儿的射程大约 2~3 公里,对弹头来说,不到 1 秒就飞完了,
何况,茶叶蛋一般在空中引爆,留给近防炮的时间不会超过 0.5 秒,所以肯定是指望不上的。
哦,对了,近防炮的炮弹初速度一般只有 3 马赫左右。
现在大家明白了吧,拥有导弹的速度和飞机的机动性,咱么无论是去扔炸药,还是送茶叶蛋,
那画面,就跟开着轰炸机回古代轰炸战斗原始人差不多。
也正是拥有这种非同寻常的意义,我等吃瓜群众才日思夜想望眼欲穿呐!
美帝的黑鸟 SR71,是史上最接近该场景的实例。
这货巡航速度超过 3 马赫,飞行高度 20 公里以上,
甩开同时代的防空导弹就像呼吸一样自然,妥妥的纵横天空三十载!
「天下武功唯快不破」的最真实写照!
不过,开挂并不是一件轻松的事,即便是美帝。
对于快如闪电的黑鸟来说,也遭了不少罪,拐弯拐得太急都容易散架,更别提复杂的战斗动作了。
所以黑鸟只是一架直来直去的侦察机,威慑力大减!即便只是侦察,32 架黑鸟虽无一被击落,但自个儿摔了 12 架,这摔机自毁比例,印度三哥都惊呼内行!
再后来么,3 马赫没法包打天下,黑鸟便只能退役了。
仅达到 3 马赫的黑鸟都摔成这样,大家就知道这事,肯定不简单。
所以高速飞行器作为一个新物种,没有以下三把刷子镇不住偌大的名头。
第一把刷子:超燃冲压发动机
上一篇咱们说了,想要飞的快,就得燃料倒的多,燃料一多,空气就不够烧了。
航空发动机的解决思路是装一台抽气机。
抽气机转太快叶片是要散架的,卯足了劲抽的空气,最多只能供发动机飞到两三个马赫。
还能快点吗?
能!当速度超过 3 马赫,迎面吹来的空气经过进气道,自己压缩自己就足够燃烧了,这就是冲压发动机的概念。
但是悲剧的是,火焰燃烧他是有传播速度的,如果风速太快,火焰传播的速度追不上风速,火焰就会被吹散。
为此,超过 3 马赫的空气要降为亚音速才能进入发动机的燃烧室,
这一降速,塞进发动机的空气也就有了上限,导致飞行器速度快不过 6 马赫。
这类在 3-6 马赫之间的发动机就叫亚燃冲压发动机。
还能更快点吗?
更快的速度意味着,
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