cid=“k67“>
空天飞机返回再入大气层的空气动力学问题比航天飞机复杂得多。因为梦幻号空天飞机速度变化非常大，马赫数从0变化到45；飞行高度变化大，从地面到几千公里高的外层空间；返回再入大气层时梦幻号空天飞机只有十几分钟。解决空气动力学问题的基本手段是风洞。就连老大哥和米国暂时也不具备马赫数可以跨越这样大范围的试验风洞。即使有了风洞还需要作上百万小时的试验，那意味着就是昼夜不停地试验，也需要花费100多年的时间。于是，只能求助于计算机，用计算方法来解决，而在特斯拉宇宙数据库里就可以验证，在模拟器里做了约1000万小时的风洞试验也只是几秒中的事情。
空天飞机里安装了空气涡轮发动机、冲压发动机和火箭发动机三类发动机。空气涡轮喷气发动机可以使空天飞机水平起飞。当时速超过2400公里时，就使用冲压发动机，它使空天飞机在离地面60公里的大气层内以每小时近3万公里的速度飞行。如果再用火箭发动机加速，空天飞机就冲出大气层，像航天飞机一样，直接进入太空。当空天飞机以6倍于音速以上的速度在大气层中飞行时，空气阻力将急剧上升，所以其外形必须高度流线化。亚音速飞机常采用的翼吊式发动机已不能使用．需要将发动机与机身合并，以构成高度流线化的整体外形。即让前机身容纳发动机吸入空气的进气道，让后机身容纳发动机排气的喷管。这就叫做“发动机与机身一体化”。
在一体化设计中，最复杂的是要使进气道与排气喷管的几何形状，能随飞行速度的变化而变化，以便调节进气量，使发动机在低速时能产生额定推力，而在高速时又可降低耗油量，还要保证进气道有足够的刚度和耐高温性能，以使它在返回再入大气层的过程中，能经受住高速气流和气动力热的作用，这样才不致发生明显变形，才可多次重复使用。
空天飞机需要多次出入大气层，每次都会由于与空气的剧烈摩擦而产生大量气动加热，特别是以高超音速返回再入大气层时，气动加热会使其表面达到极高的温度。机头处温度约为1800，机翼和尾翼前缘温度约为1460，机身下表面约为980，上表面约为760。因此，必须有一个重量轻、性能好、能重复使用的防热系统。空天飞机的结构材料要求很高。在飞行时，它头部和机翼前缘的表面温度可达2760。这样，像航天飞机上的防热瓦块式外衣，就不再适用了。叶华研制了一种新型复合材料——石墨烯高熵材料来代替，并且在一些特殊部位采用新型冷却发电装置，避免了体内高温的伤害。
空天飞机在起飞上升阶段要经受发动机的冲击力、振动、空气动力等的作用，在返回再入阶段要经受颤振、抖振、起落架摆振等的作用。在这种情况下，防热系统既要保持良好的气动外形，又要能长期重复使用，维护方便，所以对其他国家而言其技术难度是相当大的。
由于受气动加热的时间短，航天飞机表面覆盖氧化硅防热瓦即可达到满意的防热效果，但对空天飞机则远远不够。如果单靠增加防热层厚度来解决问题，则将使重量大大增加，而且防热层还不能被烧坏，否则会影响重复使用。一个较简单的解决办法是在机头、机翼前缘等局部高温区，使用传热效率特别高的石墨烯吸热管来吸热，以便把热量转移到温度较低的部位来发电，也就是把机体结构与防热系统一体化，即把机体结构设计成夹层式或管道式，让推进剂在夹层内或管道内流动，使它吸走空气对结构外表面摩擦所生成的热量产生电能。
为了满足空天飞机的防热要求，目前正在研究用快速固化粉末冶金工艺制造纯度很高、质量很轻的耐高温石墨烯高熵合金。大马岛已研制出高速固化钛硼合金，它在高温下的强度远超钛合金在室温下的强度，这种合金适宜
本章未完，请翻下一页继续阅读.........