高超声速飞行器如何突破“新热障” 多领域协同破解热流挑战

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2025-12-19 15:12:43 百家号

近日，法国首次公开了新型超声速核导弹ASMPA-R的清晰图像，其下一代高超声速导弹已在研制中，计划采用超燃冲压发动机，预计2035年列装。这标志着多个国家在高超声速飞行器领域的竞争日益激烈。

高超声速飞行器被视为未来科技竞争的新制高点。然而，当飞行器以超声速在大气层边缘或内部高速飞行时，因高速气流引起机体表面温度急剧升高，会产生一系列不利现象，科学家们称之为“热障”。在中国科协年会上，专家们围绕这一问题进行了深入探讨。“热障”是高超声速飞行器发展中的主要挑战之一，需要科学家和工程师不断寻求新对策，释放更多潜能。

高超声速飞行速度最低门槛为5马赫，即5倍声速。这种速度带来了“热障”的困扰。当飞行器破空疾驰时，剧烈的摩擦和挤压将巨大的动能转化为热能，导致材料强度崩溃、结构扭曲变形以及内部精密仪器损坏。俄罗斯“先锋”导弹某次试射过程中，局部热应力超出材料疲劳极限，导致热防护层出现烧蚀损伤，影响了导弹结构的完整性。

高超声速飞行时，飞行器表面温度会飙升到1000～2000℃。任务往往需要飞行器在这种极端高温环境下坚持数分钟甚至数小时，热量的累积效应考验着材料和结构的耐久极限。高超声速飞行产生的热量主要来自空气与机身的摩擦，但与超声速飞行不同，高超声速飞行还会产生激波、边界层分离和湍流等现象，共同决定了热量在飞行器身上的分布图景和灼烧强度。

面对“新热障”，传统的被动防御如隔热瓦片或热障涂层已显得力不从心。各国通过材料创新、主动与被动防护技术结合、系统集成优化等措施提出解决方案。主动热防护技术包括利用冷却介质循环流动带走热量，或使用热沉材料储存大量热量延缓表面温度攀升。被动防御则依赖于材料本身的性能，如陶瓷基复合材料和碳-碳复合材料。智能热防护材料更是前沿研究热点，它们能够根据外界热流或温度变化自动调整自身的关键热物理性能。

随着对“新热障”本质认识的不断深化，飞行器热防护系统的设计理念正在经历一场深刻的范式革命，从单一性能优先转向全局统筹、多学科协同的系统优化设计。这是一个漫长而曲折的过程，未来仍需持续创新。

(责任编辑：zhangxiaohua)

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