为什么返回舱都是钝头的而不是尖头的
@ 星辰 | Wednesday, Dec 2, 2020 | 1 minute read | Update at Wednesday, Dec 2, 2020

首先解释三个概念:

气体粘性:

  气体黏性是指流动中的气体,如果各气体层的流速不相等,那么在相邻的两个气体层之间的接触面上,就会形成一对等值而反向的内摩擦力来阻碍两气体层作相对运动。而飞行物在气体中飞行时,阻力是由于气体分子附着在了飞行物表面,而附着着的气体层和高速流动的气体层就会有很强的气体粘性。这样就会导致高速气体层的一部分减速,动能耗散,部分转化为内能。

气动热:

  从能量守恒的角度来看,高速时动能占总能量的比例高,速度变化将引起内能的显著改变,带来温度的显著变化。气动加热是源于物体周围流场中的高温气体,热量从气体向物体表面传递。边界层非常热,因为高动能的气流进入边界层后,在粘性作用下减速,导致动能的耗散,部分耗散的动能转化为气体的内能。

激波:

  飞行器以亚音速飞行时,扰动传播速度比飞行器飞行速度大,所以扰动集中不起来,这时整个流场上流动参数(包括流速、压强等)的分布是连续的。当飞行器以超音速飞行时,扰动来不及传到飞行器的前面去,结果前面的气体受到飞行器突跃式的压缩,形成集中的强扰动,这时出现一个压缩过程的界面,称为激波。

  飞机导弹等都是头小尾巴大,因为这样会减少阻力。而我们知道飞船返回舱穿越大气层时会燃烧,所以有可能会造成误解,认为改成尖头减少阻力能让烧蚀情况减少,但是实际上,气动力不是主要的问题,气动热才是,钝头比尖头产生的气动热少。首先钝头增大阻力,让速度降低,这才能减少烧蚀。其次,返回舱速度飞船快,可以达到几十马赫(音速的几十倍),会产生激波,而激波内部有很大的粘性作用,导致产生非常多的热,会传递到船体,烧蚀船体。所以激波应该被避免或者减弱。而尖头体会让激波紧紧依靠在船体上,烧蚀非常严重。钝头体则让激波远离船体,产生的激波称为离体激波,这恰恰能让激波内部由于粘性作用使得一部分动能转化成的大量热远离船体,减少烧蚀。所以你理解了吗?

  这里只是浅显地解释了一下,其中一些细节可能说的不是很准确,如果有发现错误还请告知。欢迎评论留言交流。转载请注明出处!

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