李紫欣
導彈在飛行中,需要多個系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作:控制系統(tǒng)為導彈飛行提供方向,發(fā)動機為導彈飛行提供動力,彈體四周的舵面主要用來保持導彈的飛行姿態(tài)。
然而,導彈在某些飛行時刻,舵面會發(fā)生異常振動現(xiàn)象。隨著振動頻率的增加,舵面的振動幅度會大幅上升,甚至像紙一樣在空氣中上下飄動。
起初,科研人員百思不得其解,但空氣動力學的發(fā)展為他們提供了思路。經(jīng)過詳細分析,最終所有證據(jù)鏈條都指向了同一個幕后者——顫振。顫振是指當導彈舵面在氣流中運動并加速到某一臨界速度值時,在結(jié)構彈性力、慣性力和氣動力等耦合作用下出現(xiàn)的一種振幅不衰減的自激振動。
蜻蜓的飛行原理給科研人員提供了關于顫振的解決方案。蜻蜓是昆蟲王國中出色的飛行家,它在飛行過程中,翅膀的最高扇動頻率可達40~50次/秒。這使得它不僅能夠快速捕捉獵物,還能完成很多導彈無法實現(xiàn)的高難度動作。
通過仔細觀察,科研人員發(fā)現(xiàn)蜻蜓翅膀的端部前緣有一小塊加厚的角質(zhì)層,這一角質(zhì)層被稱為翅痣。翅痣對蜻蜓的平穩(wěn)飛行有著非常重要的作用,如果將翅痣人為破壞或去除掉,蜻蜓將失去平穩(wěn)飛行能力,變得搖搖晃晃。
科研人員從中受到啟發(fā),于是便模仿蜻蜓翅膀,在導彈舵面的前緣末端增加配重,使結(jié)構重心位置前移,從而解決了導彈顫振問題,大大降低了飛行過程中的故障率。