高超声速飞行器技术是美国非常重视的军用技术,美国为此设下多个研究项目,如X-51A、X-43A等。这些项目的技术是制造高超音速导弹的基础,然而随着AGM-183A导弹的多次失败,美国国会对于军工复合体,在这方面的研究进程十分不满,认为该项目正在陷入失败。

就在国会为这个项目到底是否该继续时,中国一份关于美国高超声速技术失败的报道,让美国惊讶不已。

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高超声速技术到底是什么

对于未来的导弹发展技术来说,超高声速技术的先进水平,决定一国导弹的技术是否能领先他国的关键。所谓的超高声速,是指飞行物的移动超越声音马赫数大于5的速度,这种速度又被称为高超音速。

对于一个飞行器而言,它的速度是否达到超音速,要从飞行器飞行时,整个飞行器周围产生的空气流动,是否达到超音速水平去决定。

第一个研究出这种技术的国家是美国,它在上个世纪研发X-15飞机,其速度达到5.3马赫数。这次试飞的成功,让美国日后很长一段时间,都将以氧气为原料的超燃冲压发动机作为研究方向。

在高超音速技术的研究时间上,美国和苏联是处于同一起跑时间,远远早于中国。但在高超声速导弹的研究上,美国自从AGM-183A导弹试射失败后,直到现在也没能突破技术瓶颈,于是美国降低自己的研发目标,将原本马赫数为8以上的HTV-2项目暂时搁置,先从马赫数为5的ARRW项目做起。

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中国专家对美国高超声速项目失败的看法

为了研发成功,美国投资了将近20亿美元,最开始是用于研究如何使用超燃冲压发动机,去提升飞行器的马赫数。但不管美国研发机构如何调整研发目标,依旧无法在研究上获得成功,致使美国政府不得不对研究方向进行调整,转为先攻克难度更低的ARRW项目,同时再调出20亿,用于未来更具实战性的HACM项目上。

对于高超声速项目的屡屡难产,美国国会一直在调查,但还没等他们把结果搞出来,中国《南华早报》的一篇文章,却揭露出美国超高声速项目进展不顺的原因。

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现在任何的科研项目,都不像过去那样,通过大量人手对各个项目流程进行计算,而是利用电脑进行大数据采集。经过特定软件进行分析后,再由科研人员对结果进行研究,最终得出结论。

美国作为IT强国,任何的研究项目也同样得依赖IT软件,而中国高超声速专家刘军却发现,美国的项目不成功,极有可能是与其使用的计算流体动力学(CFD)求解器有关。

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软件测算工具对研究项目的影响

CFD 是美国在研究超高声速项目中,专用的科研软件之一,负责计算飞行器在遭遇高温时产生的烧灼影响。而刘军在《南华早报》的《空气动力学报》上表示,这个软件对研究对象的计算上存在巨大的误差。

然而这个看法被美国国会和科学家所质疑,暂且不论中美在科技领域发展路线上的不同,在美国科学家们看来,对CFD的质疑,明显是对美国IT技术的不信任。

这个求解器是美国在上个世纪七十年代的产物,信息技术的更新换代已经超过数十年,在图形求解、几何建模和数据采集上累积了大量的经验和先进技术,是美国科研IT技术的体现,而当时中国别说IT业,连电脑普及还是个问题。

刘军对这个求解器的计算能力并不否认,他所认为的误差,是来自求解器在计算时产生的代码。这些计算代码的错误,导致科研人员在进行项目的模拟分析时,无法对飞行器在飞行产生灼烧之际外部零件所产生化学和温度的变化进行精确计算,从而引发飞行器设计时的一系列错误,可谓是一步错、步步错。

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计算代码错误引发的连锁反应

以一句话来说,一个词语用错了,会导致它的意思发生变化。而一个科研流程上的节点若出错了,便会导致整个项目都出问题。

由于对温度和研究材料的计算失误,导致美国在超高音速项目的另一个环节上也出现了问题,便是高温材料对电磁波反应的计算失误。

超高声速技术将来是要应用在导弹上,因此超高音速项目还得解决另一个问题,就是超高音速导弹对目标的精准打击。保障导弹精确性有两点,一是雷达系统对目标的精确定位,二是保障导弹内部装置,对外部信息接收的系统能正常运作。

导弹外部材料对电磁波反应的测试,是检验导弹是否能在高温中稳定运行的关键。只有外部材料能透过电磁波的检测,材料的耐热度才算过关。这对材料的重量、耐热度和透波能力有极大的考验,但在CFD对导弹外部材料计算出问题后,导弹的指导系统便频频出现故障。

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超高声速项目的另一个忽视

除了软件问题,项目在研究过程中,还忽略了一个问题,就是涡流对导弹外部材料的影响。这是一种飞行器与空气产生高度摩擦后,内部的氮气一同与空气发生接触时发生的现象,是一种让飞行外部材料热度加剧的添加剂。

这种涡流的出现,不管是CFD还是其他计算软件,都没有把这一现象算在内,从而对飞行器的外部材料加热的数据分析产生误差,无法精确判断出外部材料对高温的负荷水平。

比起中国专家看出美国计算软件的漏洞,美国政府更担心的是为何中国能得知这一结果。要知道CFD是美国独有,就连其他盟国想用都没辙,其对科研项目的计算结果,在美国科研地位的认证下,往往能得到任何国家的认同。

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至于中国是一个科研态度十分严谨的国家,对任何外国的数据,都不会百分百的信任,而是会用自己的方式验证。凭借中国的科研求真态度,刘军等科研专家即便不用美国的计算软件,一样能看出对方项目失败的端倪。