“有方向就不错了。”
老王感慨,“咱们这行,最怕的就是连问题在哪儿都不知道。”
回到工位,温卿看着白板上那些复杂的方程,深吸一口气。
烧蚀不稳定性只是众多难题中的一个。
还有边界层转换、等离子体效应、材料性能退化……
窗外,夜色渐深。
“地宫”的灯光一如既往地明亮。
温卿翻开新的一页笔记本,写下标题:《高超声速烧蚀不稳定性机理与抑制方法研究》。
笔尖划过纸张,沙沙作响。
烧蚀不稳定性研究推进了一个月,温卿的小组取得了不少进展。
地面试验数据越来越丰富,数学模型也逐渐完善。
但有一个问题始终无法解决:
在某些极端工况下,实际测量的热流值,仍然比他们最精确的模型预测高出20以上。
“这不合理。”
老王盯着最新的对比图表,眉头紧锁。
“我们已经考虑了烧蚀形貌变化、边界层转换、甚至部分湍流效应。误差应该在10以内。”
温卿也在思考这个问题。
她反复查看那些异常数据点,发现它们有一个共同特征:
都出现在马赫数大于15、高度低于40公里的极端再入条件下。
这种条件下,空气不仅会离解、电离,甚至会产生复杂的化学反应和辐射效应。
而他们的模型,对这些“高阶效应”的处理还非常粗糙。
周五下午的组会,气氛有些沉闷。
“我想,我们可能忽略了一个重要因素。”温卿在讨论接近尾声时开口。
所有人都看向她。
“等离子体鞘套的非平衡态效应。”
她走到白板前,开始画示意图。
“传统模型假设等离子体处于局部热力学平衡,电子温度、离子温度、中性粒子温度相等。但在极端条件下,这个假设可能不成立。”
她在图上标注出不同的温度:
“电子质量小,容易被加热,温度可能最高;离子次之;中性粒子温度最低。这种温度非平衡,会改变能量传递机制。”
老王点头:“这个我们知道。但我们没有非平衡态等离子体的可靠数据,怎么建模?”
“更难的是辐射。”
温卿继续画。
“高温等离子体会辐射能量,包括连续辐射和线状辐射。这部分能量传递,我们的模型完全没考虑。”
她调出一组数据:
“大家看这些异常点,都出现在弹头表面温度超过2500k的时刻。这个温度下,空气组分中已经出现大量激发态原子和离子,辐射效应不可忽略。”
孙研究员推了推眼镜:
“辐射换热……理论上确实重要。但计算极其复杂,需要知道各种粒子的能级分布、跃迁概率、辐射截面……这些数据,我们几乎一无所知。”
“而且就算知道,也未必算得动。”
老王补充。
“一个完整的辐射输运计算,计算量比流体力学大几个数量级。咱们的计算机……”
他没说下去,但大家都明白。
djs-130那点可怜的计算能力,连基本的流场都算得磕磕绊绊,别提辐射了。
会议室陷入沉默。
问题找到了,但似乎无解。
温卿看着白板上的示意图,脑海中那些关于“能量护盾”和“粒子扰动”的碎片突然活跃起来。
在末世,她见过真正的能量护盾——
不是科幻电影里的透明墙壁,而是一种通过精密控制的电磁场和粒子束,在载具周围形成的“扰动层”。
这个扰动层能偏转或吸收来袭的能量和物质。
原理是什么?
她努力回忆。
那些记忆碎片很模糊,但有几个关键词:
非平衡态、粒子束相干、场效应耦合……
“也许……”
她缓缓开口,声音不大,但会议室里每个人都听见了。
“也许我们不该只把等离子体鞘套看作被动的热障,而应该看作一个……主动的能量调节系统。”
“什么意思?”孙研究员问。
温卿整理着思绪:
“我的假设是,在高超声速再入过程中,弹头周围的等离子体鞘套不是均匀、被动的气体层,而是一个高度非平衡、多种效应耦合的复杂系统。”
她开始在白板上写下要点:
“第一,速度非平衡。不同粒子的运动速度不同,导致动量传递和能量传递方式改变。
“第二,温度非平衡。电子、离子、中性粒子温度不同,能量分配机制复杂。
“第三,化学非平衡。离解、复合、电离、激发等各种化学反应速率不同,系统远离化学平衡。
“第四,辐射非平衡。激发态粒子通过辐射释放能量,但辐射场本身又会影响粒子分布。”
她转过身:
“这些非平衡效应耦合在一起,可能产生一些……意想不到的现象。比如,局部能量聚集、辐射增强、甚至某种形式的‘相干效应’。”
“相干效应?”老王疑惑,“你是说像激光那样的相干?”
“类似,但不完全一样。”
温卿努力描述脑海中那些模糊的概念。
“当粒子运动或辐射发射出现某种程度的同步时,能量传递效率会显着改变。可能增强,也可能减弱。”
她指向那些异常数据:
“我认为,这些异常高的热流值,可能就是某种非平衡态相干效应导致的局部能量聚集。”
会议室里鸦雀无声。
这个假设太超前了,甚至有点……玄学。
“温卿同志。”
孙研究员斟酌着用词,“你的想法很……新颖。但有什么理论依据吗?”
“暂时没有严格的数学推导。”
温卿坦诚地说,“更多的是一种物理直觉。但我可以试着给出一个简化模型,看能不能解释数据。”
她开始在白板上写方程。
那些方程并不来自任何教科书或文献,而是她根据记忆碎片中的概念,结合自己这几个月学到的知识,临时构建的。
描述粒子速度分布时,她没有用经典的麦克斯韦分布,而是引入了一个“非平衡参数”,表征分布偏离平衡态的程度。
描述能量传递时,她加入了辐射项,但辐射系数不是常数,而是一个与局部粒子状态相关的函数。