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众所周知，对于高超声速飞行器来讲，音障，热障和黑障是挡在其面前的三大障碍。而在上个世纪，世界各国的战机早已经越过了音障、热障两大障碍。对于现在的战斗机，超音速巡航，超音速战斗都是标配。但是对于热障，世界上却只有两大战机曾经突破过，一个就是“黑鸟”，另一个是“狐蝠”。正是美苏两国的产物，也是冷战的产物。 战机突破音障瞬间，产生音爆 极高的速度下，战机被气动加热到红色 在飞机的速度不断地被巨大推力的发动机增加的时候，首先遇到的就是“声障”，也就是飞机的速度追上了自己发出的声波，达到了音速，此时机头前部的空气被剧烈的压缩，产生音爆。 音爆产生原理 随着速度的继续增加，飞机会遇到“热障”，在高速的气流吹击中，飞行器表面被剧烈的加热，尤其是机头，发动机进气道，机翼尾翼前缘等突出部位。加热的温度甚至能够达到350度，已经可以让铝合金变软。 飞机热区检测图 飞机进入热障的不同阶段 SR-71“黑鸟”是一款长航程、超音速战略侦察机。1964年首飞，1998年永久退役。其机身93%的结构采用的是钛合金，即便如此，“黑鸟”的机体依然十分庞大，空重仍然达到了30吨。其最大的飞行速度为3.3马赫，最大飞行高度能够达到3万米。两台加力推力达到151KN的惠普J58发动机，给予了其超快的速度，但却只有0.44的推重比。 SR-71“黑鸟”侦察机 “黑鸟”侦察机飞行在2.5万米的高空上，远远的躲开了地空导弹的射程，而且当时的超音速截击机也追不上它，甚至连导弹也会被“黑鸟”远远的甩在后头。“黑鸟”的推重比不高，机体结构强度也不允许它做很多机动飞行。但是“黑鸟”也不需要超高的机动性，其高空高速性能完全可以躲避当时的各种攻击，从未被击落过。 高空飞行的SR-71“黑鸟”侦察机 值得讽刺的是，“黑鸟”侦察机的机体外形是通过各种多样的试验得出的，最终的目的就是为了减少雷达的反射截面，达到在雷达屏幕上隐身消失的目的。然而，“黑鸟”超高的速度，极大的气动加热，使得“黑鸟”侦察机形如一个大火球，在雷达屏幕上反而更加显眼，更容易让对手寻找到。 鬼怪外形的SR-71“黑鸟”侦察机 对于美国的钛合金的全黑色“黑鸟”侦察机的设计方案，苏联并没有采取，而是依然简单粗暴。米格的设计师，直接采用了镍基合金钢作为机体的主要材料。说白了，就是一种不锈钢。大家知道，不锈钢制造飞机，很少在飞机主要结构中出现。因为钢的密度实在太大，重量太重。但是对于超音速截击机来说，却有明显的优点。一是不锈钢易于成形制造，二是不锈钢能够耐高温。 米格-25战机 大名鼎鼎的米格-25 “狐蝠”战斗机，80%机体结构采用了不锈钢。虽然导致重量猛增，达到了20吨的重量。虽然安装有两台图曼斯基R15-B-300涡喷发动机，但空重比只有0.6。但米格-25仍然无疑是成功的，既能够高空高速突破热障，还能够完成高速俯冲、急跃升等拦截动作。 苏联米格-25“狐蝠”战斗机 米格-25据说在美军眼中就是名副其实的UFO。因为它时常会在雷达屏幕上显现，转而又在雷达屏幕上消失。在海湾战争中，美军F-15和海军的F-18战斗机不止一次的与伊拉克空军的米格-25在空中遭遇。然而，米格-25在美军雷达上显示出的高超的急速爬升能力让美军彻底惊呆。技能熟练的伊拉克老米格-25驾驶员依靠强大的速度优势在美军三代机中横冲直撞。在一次空战中，一架米格-25在接连躲过数枚AIM-9和AIM-54空空导弹的攻击后，成功迂回到美军F/A-18后方，发射了两枚P-40空空导弹将其击落。 现今，米格-25的继任机型米格-31已经接过护卫棒，守护着俄罗斯的天空。
米格-25及其衍生机型 两大神奇战机，其战绩也是傲视群雄。同时也是世界上唯二的突破热障的战机。那么什么是热障呢？热障会对战机造成怎样的影响呢？一众问题，小编和大家一起探索。 当以超声速飞行的时候，飞机表面附面层中的空气受到了强烈的摩擦和压缩，飞行速度会降低，飞机表面的温度会急剧的增加。当以马赫数2.0的速度在同温层飞行时，机头温度可以达到120度，当速度达到马赫数3.0时，机头温度更是达到了370度。此时，用于制造飞机结构的材料，铝合金的性能已经急剧的下降，其并不能在如此高温的环境下长期工作，甚至会造成飞机结构的破坏。这是由气动加热引起的，这就是热障。
协和式客机表面温度分布 热障是飞行器作超音速飞行的时候，因为气动加热所造成的一系列的不利的现象。主要有：飞机本体的温度升高导致材料性能下降，使得飞机机体的强度和刚度降低；在结构中产生热应力，使得结构应力和应变等增大；过高的升温能够使得金属蒙皮融化或者烧毁；环境温度升高，飞行员和机内设备也无法工作。
热应力图解 一般的，马赫数2.5作为热障的界限，在此值之下，一般气动加热不严重，常规的制造工艺和材料便可以；在此值之上，必须采取克服气动加热等问题的一些措施，比如采用耐热的材料，加装隔热的装置，还要有冷却的系统等。 目前解决热障的问题的方法通常有以下几种，最基本的方法就是采用耐高温的材料，像钛合金等。其次就是采用抗高热的涂层，这也是最容易实现的方式。
F-22机身钛合金材料分布图 通常，对于飞行器来说，其机体结构用于保证飞行器的强度和刚度，而其表面的涂层，往往有多种用途。有的用于吸收电磁波，达到减少雷达反射面的效果。有的用于隔热。 热障涂层是一层陶瓷涂层，它沉积在耐高温金属或者超高温合金的表面，能够对涂层内部的机体结构起到隔热的作用。这样，添加了涂层后的器件能够在高温下运行，并且可以提高器件的热效率达到60%以上。
热障涂层模型示意图
热障涂层微观结构 |
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