X-48B空天飞机飞行研究
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四代后战机出现无人机和空天飞机两条技术途径来源:新华网2011年元旦一过,有关先进战机的话题一直热度不减。
最初有中国四代机试飞的消息,随后美国人重新启动了未来轰炸机研制项目,2月4日美国的无人战机X-47B实现了首飞。
就在X-47B实现首飞的前一天,美国的《基督教科学箴言报》发表了一篇文章,文章中说俄罗斯暗示将研制类似美国X-37B同类的空天战机。
这些新闻单独来看仅仅是一个个的新闻事件,但是如果把它们综合起来就会发现,围绕着“四代后”未来战机的研制工作已经拉开了帷幕。
美国X-47B无人机首次试飞未来的“四代后”战机什么样?这里说的什么样不是指外貌长得什么样,而是说未来战机的技术途径会是什么样的。
之前的三代机是高机动的,四代机是隐身的、超音速巡航的等,它们各自走了不同的技术途径。
那么“四代后”的未来战机会走什么样的技术途径呢?我们现在能够看到的“四代后”未来战机研发项目有三个,都是来自于美国。
一个是X-37B,它的技术途径是空天战机;一个是美国重启的未来轰炸机项目,关于这个项目的具体内容美国方面透露的很少,但是从目前的情况来分析,它应该是隐身的、具有有人驾驶或无人驾驶两种操纵模式的战略轰炸机;第三个就是X-47B,它是无人驾驶的舰载战斗机(或者说舰载攻击机)。
需要说明的一点是,X-47B可以说是目前世界上研制的第一款无人战斗机(或者说无人攻击机)。
虽然之前无人机也能执行对地攻击任务,而且曾经有过无人机使用机载导弹攻击地面目标并且打死了所谓“基地组织”头目的战例。
但实际上,当时美国使用的无人机(主要指“捕食者”)和X-47B是完全不同的概念。
“捕食者”是以侦察任务为主,它仅仅是挂载了导弹,执行攻击任务是它执行侦察任务之后的一个辅助性的功能;而X-47B是以对地攻击为主要任务的,所以我们说它是世界上第一款“无人战斗机”(或者说无人攻击机)。
从以上三个型号的技术定义角度来看,它们走了两条不同的技术道路:一条是无人机的技术道路,不管是X-47B还是未来轰炸机,甚至是X-37B都采用无人驾驶这种模式或者完全是无人驾驶的飞行器;另一条是空天飞机的技术途径,X-37B走的就是典型的这种技术道路。
一、引言无人作战飞机(Unmanned Combat Air Vehi -cle ,UCAV )具备高隐身、高机动、高智能、低成本等优势,可以代替有人机或者与有人机协同执行对敌防空系统压制(Suppression of Enemy Air De -fense ,SEAD )、纵深攻击以及对空作战等任务,是未来航空武器装备的重要组成部分,代表未来空中作战力量无人化的发展趋势。
从广义上讲,无人作战飞机按照作战任务可以分为三类[1]:一是情报、监视与侦察(Intelligence,Surveillance,and Reconnaissance ),ISR 无人机。
如美军“捕食者”、“死神”无人机,此类无人作战飞机首先用于情报、监视与侦察任务,在必要时可以提供火力打击。
二是大型、先进的隐身无人作战飞机,如美国海军X-47B 和空军X-45C 、法国神经元、英国雷神等,此类无人作战飞机是一种可以突破敌防空系统并实施纵深攻击的高度复杂武器系统。
三是小型、敏捷、可消耗无人作战飞机,类似大型远程巡航导弹,可以重复使用。
如洛克希德·马丁的“Minion ”概念,但目前处于概念研究阶段。
目前无人作战飞机主要是特指第二类无人作战飞机。
无人作战飞机是无人机系统发展过程中的一个重大里程碑,将对未来的军事作战方式产生深远的乃至革命性的影响。
它的出现标志着无人机系统将从过去作为执行侦察监视、通信中继和毁伤评估等任务的作战支援装备,升级为未来能够对陆/海/空重要目标实施精确打击的主战装备之一。
近年来,国外军事强国对无人作战飞机系统的发展尤其重视[2]。
其中,美国在无人机系统发展上一直走在全球最前列,无人机种类繁多,技术也最为先进。
无人机系统已在美军的历次局部战争中发挥了重要的作用。
而且,美军的无人作战飞机发展也最快,已经完成了无人作战飞机作战概念仿真和航母起降飞行试验,下一步即将开展自主空中加油和多机协同任务作战的演示验证。
美国政府耗费巨资支持的造假—超高速飞机的神话柝解以综合学术角度剖析美国X-43A超高声速飞机试验作者深圳刘昌喆注:本文是应《中国军事》杂志建军八十周年记念约稿而作(2007)。
因观点非主流而被拒载。
留此存照,亦期交流。
2008年上传此文,因博客字数所限分成上下两部分,阅读不方便。
如今网站进步又重新整篇上传,—2010年的说明。
又注:当年文档中插不进图片,如今网站功能强大,所以加进图片整理重发。
美国的超高速骗局还在继续重演,2012年又有X-51试飞报道。
所以这篇写于2007年的文章仍有现实参考意义。
关键词:超高音速激波燃烧速度混合过程动量结构空气动力学飞行姿态稳定性学术结果不真实摘要:美国超高音速飞机X-43A在2001年曾试飞失败,当时舆论界在将信将疑中毁誉参半。
在2004年发布的X-43A飞机两次试验成功的结果以后,全世界舆论都为之贺彩;美国舆论称之为莱氏兄发明飞机后又一航空史上的重大突破。
各国航空学界多为美国科技之高超而折服,进而引发一轮包括中国在内的全世界范围的超高音速冲压发动机研发跟风热潮。
本文以严谨的多学科理论根据分析,证明该耗资1.8亿美金、轰动世界的试验原理上就存在多方面致命错误。
而关于所谓“试验的成功”的各种报道,也破绽多多,经不起推敲。
事实并非如报道的那样辉煌。
这应该是在美国政府出于政治利益而默许的、研究单位出于对耗掉如此巨资而无果,因利益需要的一起毫门学术造假。
一、X-43A超高音速飞机的“试验飞行”成功报道中的疑点X-43A超高音速飞机的“试验飞行”成功,在网上、报刊和电视的所有新闻媒体都有一段时间醒目的报道。
但在所有关于X-43A报道却有着共同的疑点:1、为什么耗此1.8亿巨资的,又是“成功”的试验项目最有价值的试验飞机不回收?这在技术上和经济上都应没有障碍(现代技术人造卫星都可以收回),尤其X-43A是在海面溅落,回收相对更容易。
如回收飞机实体,一是有助技术总结的巨大科研价值,二是可与莱氏兄弟的飞机同样陈列在美国国家博物馆,其里程碑式“成功”使该试验飞机文物价值应该无法估量。
军情关注12/ 军事文摘/ 2013.07X-47B,走你!5月14日,美国海军在“乔治·布什”号航母上首次进行了X-47B隐形无人攻击机的弹射起飞试验,这表明X-47B向形成实战能力又迈出一大步。
X-47B的研制成功,表明美国海军将拥有更强大的对地打击能力,美军的全球干涉能力和灵活性也得到提高。
不过隐身无人机的运用依然受到许多限制,人类还没有真正迈入无人作战飞机大规模应用的门槛。
1990年,美国入侵巴拿马,首次动用F-117A隐身攻击机,此后历次局部战争,隐身飞机都是美军突袭行动的急先锋,摧毁了对方大量的战略与战术目标,堪称美军的“雷神之槌”,为对方造成了巨大的军事压力,除了南联盟击落过一架F-117A之外,美军隐身作战飞机基本上全身而退,显现了巨大的效费比。
隐身飞机是美军作战能力的基石不过美军的隐身作战飞机如F-22、F-117A、B-2都隶属于空军,美国海军曾经计划研制A-12隐身攻击机、NATF隐身作战飞机,但由于冷战后美国债台高筑,军费压力太大,不得不放弃计划,曾经被寄以厚望的F-35又一拖再拖,因此,美国海军至今都没有属于自己的隐身飞机,这样,美军全球作战的重任就全部压在了空军身上,造成其隐身作战飞机负担过重,特别是F-117A攻击机退役后,美国空军隐身作战飞机只有F-22和B-2两种,并且屋漏又逢连夜雨,F-22因制氧系统故障,影响了其战斗力的生成和发挥,对其进行空中作战造成了较大的压力。
21世纪,美国海军的航母是美军前沿存在的主要力量。
在海湾战争中,美国海军的航母编队迅速抵达战区,形成威慑,但是它却缺乏隐身打击能力,这种局面直到F-35上舰以后才能得到缓解。
不过F-35本身负担较多的空中优势任务,如果再执行对地打击任务,部队的调配可能会出现问题。
鉴于此,美军全球干涉任务可能越来越多地倚重于B-2隐身轰炸机,从而导致B-2在频繁的作战与训练任务中,快速地消耗自己的寿命,美军的全球作战能力因此而大打折扣。
美国X系列试验飞行器简史X-1X-1 试验飞机作为人类历史上一种划时代的飞机,不仅仅是因为它的速度超过了音速,也是因为它是世界上第一种纯粹为了试验目的而设计制造的飞机。
X-1 最初设想来自于 20 世纪 30 年代末飞机设计领域所遇到的问题,当时建造的风洞已经不能满足飞机在亚音速和超音速飞行条件下各种参数的正确搜集,因而研制一种专用的飞行试验机势在必行。
贝尔飞机公司制造的 3 架 X-1 机长 9.45 米,机高 3.35 米,翼展 8.53 米,其机身形状与 12.7 毫米机枪子弹极其相似,这样可在超音速飞行时保持机体的稳定。
X-1 的机翼为平直翼,翼面厚度很小。
XLR-11 火箭发动机为其提供动力,其燃料为液氧与酒精和水的混合物。
X-1-1、X-1-2 于 1945 年相继出厂开始了试验飞行,与此同时 NACA(美国国家航空咨询委员会,美国国家航空航天局 NASA 的前身)也加入了 X-1 项目的研制工作。
X-1 试验机和 B-29 载机超音速飞行中的 X-11947 年 10 月 14 日,试飞员查理斯.耶格尔驾驶 X-1-1 在 43,00 英尺的高空飞出了 1.06 马赫的高速,从而迈出了人类超音速飞行的第一步。
不久,X-1-2 在飞行试验中速度也超过了音速。
1950 年 5 月 12 日,X-1-1 在耶格尔的驾驶下完成了最后一次试验光荣退休了。
随后,X-1-2 也停止了飞行开始进行改造。
NACA 的工程师们为 X-1-2 设计了新的机翼和新型的涡轮泵燃油系统,另外还将试飞员从侧面舱门进入驾驶舱的设计改为向上开启的座舱盖,这样 X-1-2 就成为了 X-1E。
X-1E 是用来验证薄翼气动特性的,它是第一架采用 4% 机翼厚度飞行成功的飞机。
另外还有必要提一下 X-1-3,由于其燃料供给系统进行了改进,所以其理论最高速度可以达到 2.4 马赫,远远超过了前两者。
但这架 X-1-3 运气不太好,在一次试飞中由于燃料泄漏事故和载机 B-50 一起在空中炸成了碎片。
美军又在研究超高音速飞行器据美国军事官员称,美国空军正在与军队的国防高级研究计划局(DARPA)合作一个新的项目——测试超高音速飞行能力。
实验方案正在最后定稿的过程中,旨在促进对超高音速飞行的研究,包括从开始于2004年的空军价值3亿美元的X-51A Waverider 的方案中获取信息。
无人驾驶机X-51A在5月1日成功完成了该计划的最后飞行,在计划好的紧急迫降前6分钟内,X-51A达到了最高速度5.1马赫(音速的5倍多),行驶了230多海里英里(425公里)。
空军官员当时说,这种超高音速飞行器飞行试验时间是有史以来最长的。
根据空军首席科学家Mica Endsley说。
五月份飞行测试实验使用的是波音公司最新的X-51A飞行器,目前没有再造飞行器的计划,但美国空军和DARPA合作的新方案将会建立在X-51A设计的基础上,将仔细寻找使超高音速技术更易于操作的方法。
“我们的X-51飞行非常成功,它展现了超高音速飞行器的速度。
” Endsley告诉Military网站,“我们现在正和DARPA合作一个后续的合资谅解备忘录的方案。
”美国军方官员说超高音速技术可以用来开发新的武器,飞机能够在很短的时间内到达地球上任何地方,超高音速飞行通常能达到任何5马赫以上的速度。
在海平面上,声音的速度是大约763英里(1,226公里/小时)。
5月1日,连接在一架B-52H“同温层堡垒”机翼的底面的X-51A从位于加利福尼亚州的爱德华兹空军基地起飞,在大约50,000英尺(15,000米)释放助推器,并在仅仅26秒内采用固体火箭助推器加速到4.8马赫。
在60,000英尺(18,300米)的高空时,X-51A与火箭分离,并靠超音速燃烧冲压式喷气发动机达到5.1马赫。
DARPA还用该机构的自身HTV高超音速轰炸机进行了高超声速飞行试验。
在2011年8月,HTV 滑翔机最高速度达到20马赫,不过随后失去控制。
美国X-43高超声速飞行器调研一、高超声速飞行器背景 (1)1.1美国在高超声速技术领域独占鳌头 (1)1.2 欧洲国家积极推进高超声速技术开发 (3)1.3 日本实施高超声速飞行器发展计划 (4)二、高超声速飞行器特点 (4)2. 1 推进技术 (4)2. 2 材料技术 (5)2. 3 空气动力学技术 (5)2. 4 飞行控制技术 (6)2.5 X-43在技术方面有如下特显 (7)三、气动外形设计方法 (8)四、高超声速飞行器制导原理 (9)五、执行机构的选择及配置 (12)5.1 推进系统 (12)5.2 控制系统的执行机构 (14)六、X—43控制原理 (16)6.1 高超声速控制技术发展 (16)6.2 高超声速控制分析 (16)6.3 X-43A控制方法及分析 (17)6.4 高超声速控制技术新技术 (18)(1)非线性控制方法 (18)(2)鲁棒自适应控制方法 (19)七、总结 (19)一、高超声速飞行器背景高超声速飞行器是指在大气层内飞行速度达到M a = 5以上的飞行器。
自20世纪60年代以来, 以火箭为动力的高超声速技术已广泛应用于各类导弹和空间飞行器, 而目前世界各国正在积极发展另一类以吸气式发动机为动力的高超声速飞行器技术, 它的航程更远、结构质量轻、性能更优越。
实际上, 吸气式高超声速技术的发展始于20世纪50 年代,通过几十年的发展, 美国、俄罗斯、法国、德国、日本、印度、澳大利亚等国自20世纪90年代以来已在高超声速技术方面陆续取得了重大进展, 并相继进行了地面试验和飞行试验。
高超声速技术实际上已经从概念和原理探索阶段进入了以高超声速巡航导弹、高超声速飞机和空天飞机等为应用背景的先期技术开发阶段。
1.1美国在高超声速技术领域独占鳌头从1985 年至1994 年的10年间, 美国国家空天飞机计划(NASP)大大推动了高超声速技术的发展。
通过试验设备的大规模改造和一系列试验, 仅美国NASA 兰利研究中心就进行了包括乘波体和超燃发动机试验在内的近3 200次试验。