关于X-15高超音速飞行器的那些事-热适应性(上)

上一期我详细介绍了X-15高超音速飞行器在超音速飞行阶段所遇到的热问题。
这一期我会介绍X-15在解决热问题时采用的设计和技术。
这一部分包括机翼,机身,驾驶舱,设备舱室,管线布置。内容有点多,所以我会分成几期来说。

热适应性-机翼
主要机翼被制造成一个完整的全翼展组件,以实现最佳的结构刚度和轻量化。
机翼蒙皮载荷被转移到机身环形框架中,以便在整个机身上传递。
机身环形框架由钛合金制成,以将热应力降至最低。
机翼结构盒沿着机身25%到75%的弦线延伸。
由瓦楞状 24S-T 腹板和钛锰合金连接角钢组成的翼展剪切梁为锥形铣削的 Inconel X 蒙皮提供支撑。

瓦楞状翼梁可抵抗正常的挤压载荷并用于减轻热应力。
钛合金连接角相对较低的弹性模量将减少来自 Inconel X 表皮的热应力。
蒙皮的厚度从尖端的0. 060英寸(约合1.5毫米)到机身整流罩交界处的0.125英寸(约合3.1毫米)不等。
前后主梁由钛合金制成,可以缓解热应力带来的问题。
机翼形状具有圆形前缘和传统横截面,可实现低阻力、降低前缘温度和良好的亚音速特性。
前缘部分的弦长为3-1/2英寸(分数英寸,约合8.89厘米),由层压玻璃纤维制成。

极限飞行状态下受热最严重的部位将会有约5/8英寸(约合15.875毫米)的材料被烧掉,但由于前缘被分成24英寸(约合60.96厘米)每段,损坏的部分可以造价低廉且容易更换。
Inconel X蒙皮的厚度从前梁到前缘呈弦状增加,形成一个散热装置。
方形翼梢可以让翼梢肋与蒙皮处于相同的温度。
机身连接处的肋条为钛合金,机身中段和机头肋条为瓦楞状24S-T,带有钛合金连接角。
尾翼的构造与机翼相同。
热适应性-机身
由于需要使用外壳作为散热器,使用与整体油箱内所需压力相适应的形状,以及考虑到热应力问题,因此采用了半整体式机身,其内部结构仅由环状主结构和舱壁组成,驾驶舱与其局部区域除外,还有尾翼。
这种构造方法允许一体式壳体发生热变形,而不会因温度梯度而损坏内部支撑结构。
外壳由以一定间隔排列的约25英寸的隔板固定,隔板用一系列径向加强筋加固以减少热应力。
一体式壳体由Inconel X金属板制成,具有耐高温和高强度的特性。内部的压强被认为有助于稳定一体式壳体。

机身侧部整流罩外壳控制装置、液压管路等均由 Inconel X 制成,每 20 英寸(约合50.8厘米)分段一次,以减少热变形和应力对机体带来的影响。
整流罩后面的主要结构将会尽可能多的减少热应力。
驾驶舱前方的 Inconel X材质的鼻锥在距尖端 8 英寸(约合20.23厘米)处的厚度从 0. 100 英寸(约合2.54毫米)到 0. 060 英寸(约合1.5毫米)逐渐变细。
最前端的可更换夹层玻璃布整流罩,在极限飞行状态期间达到的温度下,将燃烧表面部分,从而保护鼻锥的其余部分。

除储存各类液体的储罐外,所有舱壁和框架均由钛合金制成。
这种材料较低的弹性模量降低了引起的热应力的大小,但部件在工作状态下能承受的应力很高。
在外部整流罩中采用服务通道,可以最大限度地减少舱壁上用于电线和管道布线的切口。
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