关于X-15高超音速飞行器的那些事-热问题

        X-15是历史上最快的有人飞行器，这个专栏将会详细的介绍关于X-15的那些事，揭开X-15的面纱，会有好几期，喜欢的可以关注我的后续更新。

        个人译制不易，喜欢的看官给个免费的👍吧！很多术语相当有难度，加着理解译制的，有不明了的欢迎讨论。

        X-15将要解决的主要问题是在实验飞行的高速部分遇到的高温所导致的材料和结构问题。

       当马赫数为7时，边界层恢复温度将在4399°F（约为2426℃）左右，而热量输入与辐射输出平衡的表皮的平衡温度将超过1200℉（约为649℃） 即使在海拔10万英尺以上。

       1200℉ 接近将用作结构材料的Inconel X的上限。

     如果飞行持续时间很短并且蒙皮足够厚以形成足够容量的散热器，平衡温度接近边界层温度的时间速率允许飞机在这些高马赫数下使用。

     高温不仅会影响结构材料的静态性能，还会影响重复荷载下安全范围内的应力。

从颤振的角度来看，刚度或杨氏模量的损失是有害的。

     由加热到相同温度的不同金属或由均匀结构的不均匀加热引起的不均匀变形导致在结构的膨胀部分和收缩部分之间建立高阶诱导应力。

     这种效应对于考虑在高迎角飞行过程中由热蒙皮和冷内部结构之间或机翼上蒙皮和下蒙皮之间的不均匀加热造成的变形非常重要。

      这些热应力的症状可能是受纵梁或纵梁约束的蒙皮的广泛屈曲、翼弦平面的翘曲和卷曲、较大的翼尖偏转、机翼外倾角的变化、严重的机翼颤振或局部面板颤振。

     承包商针对这些热应力问题提出的设计方法包括：

     1.使用具有不同张力模量的材料，其中相邻连接构件之间存在相当大的热梯度。

     2.使用波纹珠提供较低的拉伸模量。（我没能理解这个波纹珠到底是一种工艺还是材料。附原文：Use of corrugations of beads to provide a low effective tension modulus.）

     3.在可行的情况下，使用具有最小内部框架的厚皮结构。

     在极端测试条件下，机翼和尾翼前缘以及机身前端可能会遇到接近 4800°F 的绝热停滞最大值的温度。

      建议提供易于更换的层压玻璃布的前缘，在这些极端情况下，该前缘将被允许实际熔化或局部燃烧。

     前缘将被分段以便于更换。

     测试表明这种材料具有良好的尺寸稳定性、低导热性和稳定的分解性。

     由此可见，高温问题将成为X-15试验计划的主要研究领域。

基于这些问题的现有知识的一些设计特征：

     飞行过程中经历的高温也带来了为温度和压力限制相对较低的飞行员和敏感设备提供适当环境的问题。

      环境温度和近真空压力的范围，再加上需要长期开发工作的简单可靠调节系统的设计，使得环境控制的优化设计很困难。

     缺乏任何方便的大量压缩空气或冲压冷却空气来源，例如与传统喷气式飞机相关的，需要采用新的和不同的方法来解决加压和冷却问题。

     X-15 独特的简单调节系统由液氮储罐和所需的分配管道，调节阀等组成。

     冷的液态氮加上流体汽化过程中固有的有效吸热特性，形成制冷所需的散热器。

     此外，生成的气态氮还用作舱室、设备隔间和其他局部热敏感区域的填充气体和增压剂。

     飞行员的压力高度服也用氮气加压，他的氧气需求全部通过内部呼吸面罩由液氧源提供。

     设备隔间中填充的氮气也会降低起火或爆炸的可能性。

     适当的环境控制带来的另一个有价值的是使用现有设备的能力，而不必费力地开发新的耐高温低压仪器和设备。