史上最大的设计缺陷是什么?


这可能会让大多数人感到震惊,但历史上最大的设计缺陷是火箭的空气动力学。是的,火箭,纯粹,原始的力量和速度的活生生的化身。由于这是一个空气动力学的缺陷,它可以通过重塑火箭来修复。事实上,修复已经在不知不觉中被证明了。

出现的问题是,排气羽流很窄,在火箭的正下方,直到达到超音速速度,达到或接近最大q。一旦火箭达到超音速,狭窄的羽流就会变宽,向四面散开。

这被认为是由于大气层中低气压的影响,但当火箭达到超音速时,高度约为10公里。然而,维珍银河SS2显示了一个狭窄的羽流,从15到80公里的高度,几乎没有压力的影响。据说马赫钻石由于气压较高而出现在海平面,而由于膨胀而不存在于高海拔,然而在SS2的整个上升过程中,马赫钻石都被观察到了。

同样,比较连接在航天飞机上的喷嘴的马赫钻石。当助推器在45公里处被抛弃时,尽管在这些高度之间的压力发生了巨大的变化,但马赫钻石和在海平面上是完全一样的。

嫦娥五号月球样品返回第二阶段。真空压力下,马赫钻石完好无损。

猛禽真空引擎在海平面上的测试显示了相同的倒锥形状和方向:

仅从这些例子来看,压力的变化并不是某些火箭羽流膨胀的原因,因此必须找到另一个原因来解释所观察到的现象,并将其与火箭的速度联系起来,而不是与大气的压力。

如果我们从另一个角度看,就会很清楚为什么羽流会膨胀。在这些羽状物的下面,有一个突出的发光环来引导它们,这是一个漩涡环。你可能还会注意到,这八根排开的羽流实际上非常窄,而且不会自己膨胀,至少从喷嘴到圆环本身。从火箭上向下看是最好的,从这个有利的位置也可以观察到环。另外,请注意,在烟柱下面还有第二个光环。

答案很简单,火箭体的形状,而不是压力或火箭喷嘴,是问题所在。SS2和航天飞机与猎鹰9号或土星火箭的区别在于,前者表现出了同样的膨胀,而后者表现出了飞行器的相对尺寸,或者说是后者的圆滑外形与前者的大得多的外形。简单地说,如果光滑的猎鹰9号像提议的那样在表面形成一个漩涡环,那么更宽的航天飞机和维珍SS2将会形成一个更大的漩涡环。

现在需要提供的是:1)涡流环的形成,2)涡流环会在整体上产生一个膨胀的羽流,而单个羽流却不受影响的原因。为此,我们转向流体动力学。

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