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美军研发多款高速无人飞行器 遭受严峻技能妨碍
来源:未知 作者:admin 发布时间:2018-10-24 09:05 浏览量:

  美军研发多款高速无人飞行器 遭受严峻技能妨碍

  

美军研发多款高速无人飞翔器 遭受严峻技能妨碍

  

美军研发的X-51A高明声速无人飞翔器已接连三次实验失利

  当作战飞机打破音障后,飞翔器的速度好像现已没有了上限,美国不断发明并越来越习气航空范畴的速度奇观,不断向10倍,乃至20倍音速的方向展开。但近期X-51A试飞失利,好像将美国人关于高明声速的愿望拉回到实际。那么,美国高明声速飞翔抵达什么水平,又遇到了哪些阻止呢?请看科技日报特约专稿——高明声速实验缘何屡遭失利

  因为速度对飞翔器作战效能的极大进步效果,一向以来,更快就是美国航空范畴不断寻求的方针之一。

  当作战飞机打破音障后,飞翔器的速度好像现已没有了上限,F-15、F-22等战斗机早已能够完结Ma2(两倍音速)以上的飞翔,D-21、SR-71能够完结Ma3以上的飞翔,美国不断发明并越来越习气航空范畴的速度奇观,不断向Ma6、Ma10,乃至Ma20的方向展开。但近期X-51A试飞失利,好像将美国人关于高明声速的愿望拉回到实际。

  风口浪尖上的X-51A

  美国的X系列实验飞翔器,以探究前沿的航空航天等范畴先进技能而一向为国际重视,其获得的很多效果也在客观上推动了高科技军事配备的快速展开。X-51A就是一个典型的用于展开和验证高明声速飞翔技能的项目,为未来Ma6以上空射兵器供给技能支撑,为美军完结全球快速冲击战略才干铺路。

  X-51A项意图前身是美空军研讨实验室2004年发起的超燃冲压发起机验证机—驭波者方案,由波音与普惠两家公司共同开发,方针就是要展开一种可在1小时内进犯地球恣意方位方针的新式高速兵器,2005年9月,美空军将驭波者命名为X-51A。

  X-51A由巡航飞翔器和助推器组成,巡航飞翔器头部扁平,尾部设4片襟翼,腹部进气,选用超燃冲压发起机,可供给200秒以上的动力冲压支撑,助推器选用固体火箭燃料。组合体总长7.65米,巡航级长度4.23米,最大宽度0.58米,组合体总重1790千克,巡航级发射分量683千克,射程可达740千米,最大速度可达Ma6以上。其飞翔进程为,X-51A由B-52H带着至12千米高空投进,用助推火箭加快到超声速,爬升至20千米左右后发起超燃冲压发起机进行高明声速飞翔,动力飞翔240秒左右,超燃冲压发起机关机,开端约500秒的无动力飞翔和下滑。

  据相关报导,X-51A迄今为止现已进行了3次试飞。2010年5月26日晚,X-51A进行了初次飞翔实验。B-52从爱德华空军基地起飞,在飞翔至穆谷水兵航空作战中心领海范围内,从15千米左右的高空投进X-51A。当超燃冲压发起机作业到140秒左右时,喷管与机体衔接处密封失效,燃气走漏,构成推力缺乏和发起机舱温度上升,X-51A发起了安控程序并自毁。此次飞翔实验并未彻底成功,但验证了包含飞翔器与助推器的级间别离、超燃冲压发起机的起动和焚烧和飞翔器操控等许多高明声速要害技能。2011年6月13日第2次试飞中,因为超燃冲压发起机的进气道未发起,实验失利。2012年8月16日,X-51A进行了第三次试飞,在15千米高空自B-52轰炸机下别离,助推焚烧后仅飞翔16秒,就因为平衡尾翼呈现的问题导致冲压发起机焚烧失利,持续飞翔15秒后失掉操控,并坠入太平洋。

  鸡蛋没有放在一个篮子里

  作为高明声速飞翔最具代表性的项目之一,X-51接连3次试飞失利,关于美国探究高明音速飞翔无疑是个重创,可是美国并非只要X-51这一个高明声速飞翔项目。

  从上世纪八十年代开端,美国展开了NASP方案、HyTech方案(后来衍变为HySet项目)、HyFly项目、X-51A项目、FALCON项目等一系列直接或直接展开高明声速飞翔器技能的方案或项目。这些方案或项目,有些尽管因为经费等原因被撤销,但有些进行了整兼并正在展开,具有很好的继承性和接连性。现在重点项目除X-51A外,还包含FALCON、HyFly等项目。

  HyFly方案是由美国国防高档研讨方案局和水兵研讨中心联合施行的高明声速飞翔演示实验,其意图是经过飞翔实验验证以液体碳氢燃料超燃冲压发起机为动力、最大巡航马赫数6.0、射程1100千米的高明声速导弹方案。该方案2001年开端施行,选用双焚烧室超燃冲压发起机方案。HyFly项目是间隔工程化最为挨近的高明声速飞翔验证项目,前后阅历了十多年的展开。从2005到2010年,HyFly项目共进行了5次飞翔实验,2次成功, 2007、2008和2010年进行的3次动力飞翔实验都没有彻底成功。2007年9月25日进行了初次动力飞翔,因为燃油操控体系呈现毛病,未能抵达预期的Ma5方针。2008年1月16日,第2次动力飞翔实验,因为超燃冲压发起机没有依照预订程序作业,实验再次失利。2010年7月29日,最终一次动力飞翔实验,因为投进后助推器未能焚烧,仍以失利告终。

  2004年,美国空军和国防高档研讨方案局联合发起FALCON方案(又称猎鹰方案),2006年,命名为高明声速技能飞翔器(HTV),旨在展开一种全球抵达的高明声速巡航飞翔器,巡航速度Ma10,可在2小时内冲击16000千米外的方针。该项目依照技能特色不同展开了三种演示验证飞翔器,HTV-1、HTV-2和HTV-3。HTV-1是选用当时技能水平,一次性运用的火箭助推无动力滑翔实验飞翔器,因为呈现技能问题无法战胜,加上HTV-2开展较快,现在已被撤销。HTV-3是未来的高明声速巡航飞翔器的缩小型,方案完结惯例跑道上起降,2小时内从美国本乡飞到全球任何地方。2008年4月完结初步规划后,因拨款缺乏而暂停。现在仍在进行的是HTV-2,它也是一次性运用的火箭助推无动力滑翔实验飞翔器,但功能水平较HTV-1有大幅进步。飞翔器重约900千克,最高飞翔速度可达Ma20以上,方针是完结最大航程大于8000千米,无动力滑翔飞翔时刻3000秒以上。2010年4月22日, HTV-2进行了初次飞翔实验,尽管HTV-2与火箭成功地完结了别离,但在飞翔9分钟后,与遥测站失掉了联络,飞翔实验失利。2011年8月11日进行第2次飞翔实验,与火箭成功别离后,进入滑翔阶段,约26分钟后失掉联络,定论为飞翔形式反常。

  高明音速终究难在何处

  从上述的演示飞翔效果来看,大多数高明声速飞翔都没有彻底成功。尽管技能探究自身就是测验,失利从另一方面也是一种堆集,但上述情况,充分说明了美国在高明声速飞翔的多个项目上都遇到了严峻的技能阻止,那么,高明声速飞翔都需求霸占哪些要害技能呢?

  榜首,支撑高明声速飞翔的动力技能。Ma6以上的高明声速飞翔,惯例的吸气式动力装置现已难以支撑,X-51A和Hyfly项意图动力装置都选用了冲压发起机。与火箭发起机比较,冲压发起机具有效率更高、航程更远,可携载荷更重等优势,主要是因为无需带着占有很大发射分量的燃料和氧化剂。但冲压发起机技能难度很大,尤其是保持高明声速条件下的安稳焚烧好不容易,美国已展开了多年的冲压发起机技能攻关作业并获得了很多效果,但在高明音速飞翔中仍会呈现许多问题,如Hyfly项目。关于要展开由机场起降、可重复运用的高明声速飞翔器,如HTV-3,则需求展开技能更为杂乱的组合发起机,如涡轮基组合循环推动体系,完结大速度跨度(从0至Ma6以上)飞翔,但因为技能难度和经费需求都很大,现在美国尚处于探究阶段。

  第二,先进乘波体气动布局规划技能。乘波体是一种全新的规划理念,其主要使用超声速飞翔时前缘附体激波,经过激波压力来发生升力进行飞翔,因而乘波体气动布局十分要害,其外形决议了激波形式,激波形式与航程密切相关。X-51A就选用了乘波体规划技能。这种规划技能现在依然需求飞翔实验验证以进一步老练。

  第三,高明声速飞翔器归纳规划与准确操控技能。当飞翔器以高明音速飞翔时,会发生激烈的激波,激波与附面层之间发生彼此搅扰,在高明音速气流驻点邻近发生极高的温度,能使邻近的气体分化和电离,构成适当杂乱的混合气体,使得高明声速气流的研讨成为十分杂乱的问题。这不仅对飞翔器渠道的归纳规划提出了应战,也给高明声速条件下的准确操控带来了困难,X-51A最近一次验证飞翔失利就是这个原因构成的。

  第四,防热结构与资料技能。高明音速飞翔还有一个巨大的难题需求面临,就是高速条件下发生的热问题。天眼查上市公司公告查询全方位满足以高明音速在入大气层内飞翔时,气动加热会使其外表抵达极高的温度,当飞翔器在Ma6以上飞翔时,外表多个部件温度将抵达500℃以上,关于结构和资料的热防护提出了严峻应战,X-51A初次试飞失利,喷管与机体衔接处密封失效,气动热就是重要的原因之一。

  除此之外,高明声速飞翔器未来要构成作战才干,还要在全体系发挥作战效能等问题上处理一系列问题,包含超高声速条件下的兵器末制导技能等。

  归纳来看,高明音速飞翔项目近期问题的会集迸发,充分说明了其巨大的技能难度,但因为潜在的巨大军事效益,此项目必定还会持续展开。估计美国相似X-51A的中等射程高明声速巡航弹要到2020年才干投入运用,射程更远的空基或地/海基高明声速巡航弹要到2020年后,至于机场起降、可重复运用的高明声速飞翔器,则更为悠远。

  (王治 牛文博 马光军 作者单位:空军配备研讨院)

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