历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,纯粹而原始的力量和速度的活生生的化身。因为这是气动缺陷,可以通过对火箭进行整形来修复。其实修复已经在不知不觉中被证明了。

问题是排气羽流很窄,就在火箭下方,直到达到超音速,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,向各个方向扩散。

这被认为是由于低气压的影响,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,高度从15到80公里,几乎没有压力影响。据说马赫钻石是由于高气压出现在海平面,而在高空由于膨胀并不存在。然而,在SS2的整个上升过程中观察到马赫钻石。

类似地,将马赫钻石与安装在航天飞机上的喷嘴进行比较。当助推器在45公里处被放弃时,马赫钻石与海平面完全相同,尽管这些高度之间的压力发生了巨大变化。

嫦娥五号月球样品返回第二阶段。在真空压力下,马赫钻石完好无损。

Raptor真空发动机在海平面上的测试显示了相同的倒锥形形状和方向:

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,而不是与大气压力联系起来。

如果我们从另一个角度来看,就会清楚为什么羽状物会膨胀。在这些羽毛下面,有一个突出的光环指引着它们,这就是涡环。你可能还会注意到,这八个发散的羽流实际上非常狭窄,不会自己膨胀,至少从喷嘴到环本身不会。最好是从火箭上往下看,也可以从这个有利位置观察光环。另外,请注意烟柱下还有第二个光晕。

答案很简单。问题是火箭体的形状,而不是压力或火箭喷嘴。SS2与航天飞机和猎鹰9号或土星火箭的区别在于,前者显示的是同样的膨胀,而后者显示的是飞机的相对尺寸,或者说后者圆滑的外形比前者大得多。简单来说,如果圆滑的猎鹰9号像提出的那样在表面形成涡环,那么更宽的航天飞机和维珍SS2将形成更大的涡环。

现在需要提供的是:1)涡环的形成,2)涡环会整体产生膨胀羽流,而单个羽流不受影响的原因。为此,我们求助于流体动力学。