高速、高机动是人造飞行器一直追求的目标,而热障则是一个无法回避的问题。
在常温及标准大气压条件下,当飞行器的飞行速度接近1倍声速时,产生的激波使导弹阻力剧增,我们称之为声障;当飞行速度接近3倍声速时,飞行器表面的温度可达到350摄氏度,我们把它称之为热障;而当飞行器的速度达到6倍声速时,飞行器表面的温度将达到1600摄氏度,这时绝大多数金属材料都不能使用。
实际上,如今很多导弹的飞行速度都超过6倍声速,因此热防护一直是各国导弹设计的关键课题。热防护对弹头总体性能影响极大,防热技术的突破甚至可以成为导弹弹头更新换代的重要标志。
目前应用最广、效率最好的导弹防热技术是烧蚀式防热,也就是导弹外部的“防热服”。烧蚀式防热是利用防热材料在受热条件下产生物理和化学变化,通过消耗一部分质量(汽化、蒸发、升华、流失等),将气动加热在表面进行耗散,同时通过低热导率,阻止热量向内传递。
但烧蚀式防热材料不能无限制地增加,因为烧蚀式防热是通过牺牲外部材料来保护内部结构,导弹飞得越久,需要的防热层越厚,这样会增加导弹的重量,进而影响导弹飞行距离。
随着材料技术的发展,一些国家也逐渐掌握了C/C、SiC/C等力热一体化材料,使得材料本体在2000摄氏度以上的高温下依然能保持较强的力学性能,意味着导弹外部防热层可以被省略,取而代之的则是对内部关键部位、关键部件,针对性地采取隔热处理或主动冷却措施。
一代材料,一代装备。新材料的发展将对导弹整体减重和指标提升意义重大,导弹最终发展形态是希望能够脱掉外部厚厚的“防热服”,轻装上阵,所向无敌。