彈頭防熱：為防止彈道飛彈彈頭再入大氣層後被氣動加熱產生的高溫燒毀而採取的措施。氣動加熱是物體與空氣作高速相對運動時產生的高溫氣流對物體的傳熱過程。
基本介紹
- 中文名：彈頭防熱
- 發布者：中國軍事百科全書編審室
高速氣流流過物體表面時，由於氣流與物面的強烈壓縮和摩擦，在邊界層內，氣流的部分動能轉化為熱能，使邊界層內氣流溫度上升而對物體加熱。戰略飛彈彈頭的再入速度可高達20～25倍聲速，強烈的氣動加熱使彈頭駐點溫度高達8000～12 000開（K），同時還受到幾兆帕至幾十兆帕的壓力作用，形成燒毀飛彈彈頭的“熱障”。專門的防熱措施主要有吸熱式防熱、燒蝕式防熱和發汗式防熱。
吸熱式防熱用熱容量大的金屬（如鎢、鉬、銅）做成鈍頭形吸熱帽，裝在彈頭上吸收氣動熱。是彈頭防熱方法中發展最早和結構最簡單的一種。再入後彈頭外形不變，但吸收熱量有限，防熱效果差，且增加了彈頭質量，影響飛彈射程。美國早期的“宇宙神”“大力神”Ⅰ和“雷神”飛彈採用的就是吸熱式防熱方法。現在戰略飛彈彈頭上已不再使用。
燒蝕式防熱原理是覆蓋在彈頭外表面的燒蝕材料，在氣動加熱熱流作用下，不斷發生分解、熔化、氣化、升華和質量流失。在這些變化過程中，消耗和帶走熱量，以防止氣動加熱的熱流傳入彈頭內部。燒蝕式防熱取決於再入熱環境的特點和燒蝕材料的性能。戰略飛彈彈頭再入大氣層的氣動加熱環境特點是高焓、高熱流、高駐點壓力，再入時間短。燒蝕的主要因素是熱化學燒蝕、機械剝蝕和熱應力破壞。因此，所用的燒蝕材料應具有密度高、比熱大、傳熱係數小、燒蝕率小、有效燒蝕熱大等特點。早期使用的燒蝕材料主要是石棉、玻璃或尼龍等增強的酚醛樹脂塑膠，此後逐漸使用性能優良的高矽氧玻璃增強酚醛樹脂塑膠，並成為戰略飛彈彈頭的主要燒蝕防熱材料。隨著彈頭再入速度的提高，氣動加熱更加嚴重，燒蝕防熱材料由矽基轉向碳基。例如，碳—酚醛和石墨—酚醛等複合材料。為保證飛彈命中精度，要求防熱材料的燒蝕量少且對稱，能保持良好的氣動外形。因此，發展了三向增強碳—碳和高應變石墨等新型燒蝕材料。美國在“民兵”飛彈彈頭(MK-12A)鼻錐上就採用了三向增強碳—碳複合材料。按燒蝕材料的燒蝕防熱機理，一般可分為熔化型、升華型和混合型三類。①熔化型燒蝕防熱。利用彈頭外表面的燒蝕材料（石英、玻璃等）受熱時先熔化、後蒸發的過程中吸收並帶走熱量，獲得熱防護效果。這類燒蝕材料的主要成分是二氧化矽（如高矽氧玻璃中含二氧化矽96%～99%）。二氧化矽在高溫下有很高的黏度，其熔融的液態膜具有抵抗高速氣流沖刷的能力，並能在吸收氣動熱以後熔化和蒸發，氣化潛熱高達3000焦/千克。②升華型燒蝕防熱。利用彈頭外表面的燒蝕材料（如碳—酚醛、碳—碳等複合材料）在高溫下直接升華而帶走熱量，獲得防熱效果。升華所吸收的熱量比先熔化、後蒸發所吸收的熱量大得多。升華型燒蝕材料氣化後，形成擴散係數很大的低分子氣體，使附面層內產生熱阻塞效應，減少了向彈頭殼體的傳熱量。升華後的燒蝕材料表面形成了溫度很高的碳化層，利用碳具有輻射係數高的特點再向外輻射散熱。因此，升華型燒蝕的防熱效果較好。③混合型燒蝕防熱。兼有熔化型和升華型燒蝕防熱。常用高矽氧—酚醛等複合材料。其散熱機理是樹脂類材料首先熱解升華，然後增強纖維熔化、蒸發而消耗和帶走氣動加熱量。燒蝕式防熱結構簡單、質量輕，安全可靠，防熱效果好，適應流場變化的能力強，但在燒蝕過程中，彈頭的質量和氣動外形不斷發生變化，對彈頭的再入飛行穩定性和命中精度有一定影響。燒蝕式防熱是中遠程飛彈彈頭廣泛使用的防熱方法。
發汗式防熱根據動、植物呼吸和排汗可散熱的原理，用氨、氮、水、氟利昂等作為發汗劑，在壓力或蒸發的作用下，發汗劑從彈頭耐高溫的多孔材料中排出，在分解和氣化中吸收並帶走熱量。發汗式防熱能保持彈頭的氣動外形不變，防熱能力極大，所形成的氣膜對彈頭抵抗雨雪、風沙等粒子云的侵蝕也很有利。但結構重量較大，技術複雜，可靠性差，且隨著發汗劑的不斷消耗，彈頭的質量和質心會發生變化，影響命中精度。發汗式防熱技術於20世紀50年代末提出，經多年探索，技術日趨成熟，有可能成為最先進的彈頭防熱技術。
