国外吸气式高超声速飞行器发展现状
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世界各国高超声速武器发展现状高超声速武器是公认的未来必须发展的六大尖端武器之一,是指飞行速度超过5马赫的武器。
全球目前只有俄罗斯和中国列装。
美国在高超音速武器领域远远落后中俄。
美国国防部以及海、陆、空三军分别主导的7个高超音速武器项目全部失败,至今拿不出任何一款能进入实战部署的导弹。
被寄予厚望的AGM-183A高超音速空射导弹项目也迟迟没有进展。
俄罗斯是高超音速武器方面最先进的国家,截至目前已经列装了三款高超音速导弹,覆盖海、陆、空三维打击领域,包括全球唯一一款战略级“先锋”高超音速导弹,美国求而不得的高超音速空射导弹也在俄军中先一步服役,由米格-31战机搭载的“匕首”导弹能在2000公里外发起打击,末端速度可达7马赫。
印度、日本也在高超声速巡航导弹研制上取得进展,朝鲜频繁试射高超声速导弹。
美、英、澳、加拿大、瑞士等国重点推进高超声速飞机研制。
以上信息仅供参考,如有需要,建议查阅官方军事网站相关报道。
随着科技的快速发展,军事领域也在不断推进新型武器的研发与防御技术的创新。
临近空间高超声速武器作为一种尖端武器,具有高速、高机动、高打击能力等特点,给现有防御体系带来了严重挑战。
为了有效应对临近空间高超声速武器的威胁,防御关键技术的研究至关重要。
本文将围绕临近空间高超声速武器防御及关键技术进行深入探讨。
近年来,世界各国都在加紧研发临近空间高超声速武器,以提升自身军事实力。
然而,这种武器的发展也带来了一系列的挑战。
高超声速武器的速度极快,使得传统防御系统难以对其进行有效拦截。
其飞行轨迹具有高度机动性,进一步增加了防御难度。
高超声速武器的打击精度也是一大难题,使得防御方需在很短的时间内对大量目标进行识别、跟踪和打击。
为了有效应对临近空间高超声速武器的威胁,以下关键技术至关重要:发射技术:该技术主要用于将武器从发射平台送入临近空间,并确保其稳定飞行。
成像技术:利用高分辨率、高灵敏度的成像技术对目标进行识别、跟踪和打击。
国防技术基础2007年5月第5期世界各国 高超声速武器 发展现状 摘 要:高超声速武器是高技术武器装备,也是当今世界主要国家尤其是军事大国武器装备发展的重点。
在这一领域,美国的发展独占鳌头,在高超声速导弹、高超声速飞机和空天飞机等方面研究拥有较强优势,并提出了全方位高超声速武器和先进航天器研制计划。
其他国家,如俄罗斯、法国、日本以及印度等国也都积极开展高超声速武器装备的研究。
关键词:世界各国 高超声速武器 李大光(国防大学)几十年来,世界各国在高超声速技术方面坚持不懈努力,美国、俄罗斯、法国、德国、日本、印度和澳大利亚等国在20世纪90年代已陆续取得了技术上的重大突破,并相继进行了地面和飞行试验。
高超声速技术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、跨大气层飞行器和空天飞机等为应用背景的先期技术开发阶段。
目前,美国、俄罗斯、法国、德国、日本和印度等经过多年研究已取得不少技术成果,尤其在航天、航空、导弹等方面实施多项高超音速研制计划,以期获得最大的军事效益。
一、美国高超声速武器发展独占鳌头美国自20世纪50年代开始研究吸气式高超声速技术。
20世纪80年代中期,美国实施了采用吸气式推进、单级入轨(马赫数25)的国家空天飞机计划(NASP),由于在技术、经费和管理方面遇到了一系列的困难,NASP计划于1995年停止。
从1985年到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,仅美国航空航天局兰利中心就进行了包括乘波外形一体化和超燃发动机试验在内的近3200次试验。
通过这些试验掌握了马赫数小于8的超燃发动机设计技术,并建立了大量的数据库,从而为实际飞行器的工程设计打下了牢固的技术基础。
实际上,30多年来,兰利研究中心一直在进行这方面的研究,曾经在8ft.(2.44m)高温风洞中研制和试验过22个发动机。
在此基础上,美国于1996年开始,针对高超声速导弹、高超声速飞机和空天飞机的研制工作调整高超声速技术的研究目标,提出了更为现实的全方位的高超声速武器和先进航天器研制计划。
高超声速飞行器技术的发展现状与趋势高超声速技术是指飞行在5马赫以上的飞行器,因其具有高速、高高度、高温等特点,广泛应用于军事、航空、天文等领域。
近年来,随着技术的不断进步和创新,高超声速飞行器技术也在不断发展和完善。
一、高超声速飞行器技术的现状高超声速飞行器技术主要分为两类,一类是常规高超声速技术,即采用常规动力学方案的高超声速飞行器;另一类是空气动力学方案,即采用空气动力学方案的高超声速飞行器。
常规高超声速技术一般采用尖头形设计,并配备稳定性设备,使飞行器在高速情况下保持稳定。
而空气动力学方案则采用空气动力学原理,使飞行器在高超声速速度下产生升力,从而达到飞行目的。
同时,空气动力学方案还可实现大范围的空气动力学控制,使得高超声速飞行器更加灵活和多功能。
二、高超声速飞行器技术的发展趋势未来,高超声速飞行器技术将朝着以下几个方面进行发展:1、提高飞行器速度。
高超声速飞行器将以更高、更快的速度进行飞行,目前科学家正努力研究如何消减飞行器所受到的高温和高压环境对材料的影响,以提高其飞行速度。
2、进一步提高飞行器的防御能力。
高超声速飞行器在高速飞行时会受到高温和高压的影响,因此防御能力一直是发展的难点。
未来,科学家将继续研究新的保护材料,以提高高超声速飞行器的防御能力。
3、实现高超声速飞行器独立自主控制。
未来,高超声速飞行器将实现独立自主控制,使其能够自己决定飞行轨迹和飞行速度,并在高温和高压环境下保持飞行稳定。
4、充分发挥高超声速飞行器的军事作用。
高超声速飞行器在军事领域有着巨大的潜力,未来将继续向这一方向开发和应用,以为军事防御和攻击提供更多可能。
总之,高超声速飞行器技术的发展仍然处于探索和发展阶段,未来,随着技术层次的不断提高和创新,高超声速飞行器将有更广泛的运用和更多的发展空间。
体化的轴对称高超声速导弹气动布局。
图1X-43A高超声速飞行器X-43A(如图1)计划是由DRAPA主导的以氢燃料为。
Science&Technology Vision科技视界9将提供一种全新的快速全球打击能力。
图2X-51A高超声速飞行器1.2无动力高超声速计划无动力高超声速计划通常采用助推器将高超声速无动力滑翔飞行器助推到预定的分离点,无动力滑翔飞行器通过长时间的高超声速滑翔飞行实现快速的投送和打击。
. All Rights Reserved.HTV-2(Falcon)计划是由DRAPA主导用来验证全球快速打击武器的关键技术,驻澳包括远程高超声速助推滑翔飞行器气动布局技术、热防护技术、先进GPS制导技术和碳/碳减速伞技术等。
HTV-2计划的目标是通然要求;图3高超音速飞行器典型弹道(3)精确打击能力,对点目标、机动目标的直接命中打击能力,对目标"点穴式"小附带损伤打击能力,是现代战争和未来信息化战争的基本要求,是精确打击和常规威慑的技术保证;(4)有效突防能力:导弹速度越高,其突防能力越强;关于飞行高度,其突防能力与拦截武器类型有关,对于靠气动力控制的拦截弹而言,其拦截能力随导弹飞行高度增高而下降,对于靠直接力控制的拦截弹而言,其拦截能力随导弹飞行高度增高而增强(5)高作战效能,具备包括高射前生存能力、有效Science &Technology Vision科技视界(上接第11页)基、海基或空基)需根据航区特点合理布置。
弹上测量参数种类、数量非常多,主要包括热流参数、压力参数、温度参数、过载参数、缓变电压模拟量、开关量等,数据的数据量非常大,因此遥测需满足大容量数据传输要求。
靶场地面站应能满足相关的保密保密要求。
(2)外测需求对导弹飞行试验全程进行外弹道测量,测量导弹位置参数及运动参数,如高度、距离、侧偏、速度、加速度等。
并能够按要求实时传送到指挥控制中心,用于监测和安控判决。
超高声速飞行器摘要:高超声速飞行器一般是指飞行速度超过5倍音速的飞机、导弹、炮弹之类的有翼或无翼飞行器,具有较高的突防成功率和侦查效能,能大大扩展战场空间。
高超声速飞行器潜在的巨大军事和经济价值使得当前世界各军事大国纷纷投巨资到该领域,成为21世纪世界航空航天事业发展的一个主要方向。
近年来,各军事大国在推进技术、结构材料、空气动力和飞行控制等关键技术研究方面积累了丰富经验,对高超声速飞行器未来的发展奠定了基础。
关键字:超高声速、飞行器、推进技术。
一、飞行器的发展历程人类向往飞行的理想几乎伴随这整个人类的历史。
最初,人们受到鸟类的启发而使用人造翅膀,但是发现这并不现实。
人类的身体对于人造翅膀而言过于的沉重。
并且在探索的早期人类并不了解鸟类飞行的空气动力学原理。
经过一系列的探索,到了18世纪后期,人类发明了热气球。
1783年热气球首次载人升空。
随后出现了飞艇。
相比于热气球,带有推进装置、载重更大的飞艇更具实用性。
飞艇的出现并未宣告飞行器的发展并未就此停歇。
人类还是研制机动性更好的飞行器。
1903年,由莱特兄弟制造的人类第一架飞机——飞行者1号,并成功升空。
莱特兄弟总共制造了三架“飞行者”号飞机。
“飞行者”三号是其中最成功的一架,其飞行成绩为38分钟飞行38.6km。
“飞行者”三号飞机的成功宣布飞机终于具有了实用性。
至此人类迎来的飞机时代。
自飞行者之后活塞式螺旋桨飞机得到了极大的发展,飞行时速不断地提高。
但是螺旋桨式飞机存在着速度上限。
当螺旋桨尖端线速度接近声速时,空气会被极具压缩,而这部分压缩空气来不及散开,在桨端形成一个巨大的阻力,称为激波阻力。
此时桨端的空气将粘滞在桨叶表面,使螺旋桨的效率降低。
这便是螺旋桨飞机不能飞得更快的原因。
为了克服螺旋桨飞机的这一速度上限,人们研制了喷气发动机。
喷气发动机构造不同于活塞式螺旋桨,因此飞机可以飞得更快。
随着发动机性能的提升以及飞行器气动外形的升级,飞机的速度已经能达到2马赫。
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。
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。
外高超声速飞行器的发展及关键技术高超声速一般是指流动或飞行的速度超过5倍声速,即马赫数(Ma)大于或等于5。
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。
吸气式高超声速飞行器飞行时不需要像火箭那样自身携带氧化剂,可以直接从大气中吸取氧气,因而它的航程更远、结构重量更轻、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,并相续进行了地面试验和飞行试验。
高超声速技术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、跨大气层飞行器和空天飞机为应用背景的先期技术开发阶段。
一、国外高超声速飞行器的发展1.美国美国自20世纪50年代开始研究吸气式高超声速技术。
20世纪80年代中期,美国实施了采用吸气式推进、单级入轨(马赫数25)的国家空天飞机计划(NASP),由于在技术、经费和管理方面遇到了一系列的困难,NASP计划于1995年停止。
尽管如此,NASP计划仍然大大推动了美国高超声速技术的发展,仅美国航空航天局(NASA)兰利研究中心就进行了包括乘波外形一体化和超燃冲压发动机试验在内的近3200次试验。
通过这些试验,美国已经基本上掌握了马赫数小于8的超燃冲压发动机设计技术,并建立了大规模的数据库,从而为实际飞行器的工程设计打下了牢固的技术基础。
从1996年开始,美国对高超声速飞行器技术的发展进行了调整,确立了分阶段逐步发展的思路,降低了近期的发展目标。
目前,美国正在全方位发展高超声速飞行器技术,主要目标是研制马赫数小于8的高超声速巡航导弹(包括海军的高速打击导弹、空军的高超声速巡航导弹和国防高级研究计划局的“可负担得起的快速反应导弹”),同时实施以高超声速飞机为应用背景的高超声速飞行试验计划(Hyper一X)。
高超音速飞行器的研发突破飞行速度的极限近年来,高超音速飞行器的研发已成为航空领域的一项重要课题。
高超音速飞行器是指在大气层中飞行速度超过音速5倍以上的航空器,它的研发突破了传统飞行速度的极限,具有巨大的潜力和广阔的应用前景。
本文将介绍高超音速飞行器的意义和挑战,并探讨其研发的突破点与未来发展趋势。
一、高超音速飞行器的意义高超音速飞行器的研发对于军事与民用领域有着重要的意义。
首先,在军事方面,高超音速飞行器具备突防能力强、打击效果显著等特点,可为现代战争提供更高效的作战手段。
其次,高超音速技术的发展也将推动航天技术的革新与研究,有望实现人类进入更远的太空领域,探索更多未知的宇宙奥秘。
此外,高超音速飞行器在民用领域也有广泛的应用前景,如高速交通工具、快递运输等领域,将极大地缩短人们的交通时间,提升生活质量。
二、高超音速飞行器研发的挑战高超音速飞行器的研发面临着诸多挑战,主要体现在技术和工程两个方面。
在技术方面,高超音速飞行器需要克服空气动力学、材料科学、燃烧与推进等多个领域的难题。
由于进入高超音速飞行状态后,飞行器所受到的空气动力学力、热负荷、离子流等问题将成为技术攻关的重点。
此外,在材料科学方面,需要开发出具有高温抗腐蚀性、高强度、轻质化的新材料,以满足高超音速飞行器在极端环境下所需的要求。
在燃烧与推进技术方面,需要研发高效、可靠的发动机系统,以提供持续的动力支持。
在工程方面,高超音速飞行器的制造和试飞将面临巨大的挑战。
由于高超音速飞行器的飞行速度极快,所受到的温度、压力等环境条件都非常苛刻,对飞行器的结构设计、制造工艺等方面提出了更高的要求。
同时,试飞阶段的风险较高,需要充分评估和控制。
三、高超音速飞行器研发的突破点为了突破高超音速飞行器的研发限制,科学家们提出了一系列的突破性想法与方法。
一是推动新材料的研发与应用。
研发新一代高温材料是突破的关键之一,这些材料可以承受高超音速飞行器所受到的高温和强烈的空气动力学力,以保障飞行器的结构完整性和安全性。
推进技术美国普惠公司吸气式高超声速推进技术发展综述 摘 要 美国普拉特2惠特尼公司(P&W)正在开发吸气式高超声速部件和发动机技术。
在将氢燃料推进系统用于空间进入飞行器的国家航空航天飞机(NASP)计划中,开发了超燃冲压喷气发动机数据库。
2004年进行的由普惠公司设计、由NASP派生的Hyper2X氢燃料超燃冲压喷气发动机两次成功的飞行试验,行试验数据。
第一次试验的马赫数接近7,第二次试验的马赫数接近10。
美空军研究实验室(AFRL)高超声速技术(HyTech)办公室已决定继续改进NASP,不断开发新技术,以验证液碳氢燃料超燃冲压喷气发动机系统在马赫数4~8下的适用性、性能和耐用性。
在AFRL和美国防高级研究计划局(DARP A)的资助下,计划在超燃冲压喷气发动机演示样机2骑波器(SE D2WR)项目下,在2008—2010年进行飞行质量、燃料冷却方式的碳氢超燃冲压喷气发动机飞行试验。
将超燃冲压喷气发动机用于组合循环推进系统的技术也正在研究中。
超燃冲压喷气发动机和固体火箭助推器的组合适用于高超声速巡航弹。
使用气体涡轮机进行低速加速和使用火箭发动机助推的超燃冲压式喷气发动机正在研究中,以用于高超声速巡航飞行器和可重复使用的发射系统。
关键词 高超声速巡航导弹 推进技术 超燃喷气发动机引 言20世纪60年代,美国联合技术研究中心(UTRC)的联合技术公司(UT C)开始开发冲压式喷气发动机和超燃冲压喷气发动机技术。
从20世纪70年代起,开始通过先进小体积冲压喷气发动机和先进战略空射导弹飞行试验对冲压喷气发动机技术进行验证。
随后,从20世纪90年代起,开始用先进空空导弹对其进行飞行试验验证。
20世纪80年代中期,随着国家航空航天飞机计划(NASP)的启动,普惠公司恢复了超燃冲压喷气发动机开发工作。
NASP的目的在于开发一体化低速加速器、冲压喷气发动机和超燃冲压喷气发动机推进系统,并对其进行飞行验证。
高超声速空天飞行器研究现状摘要高超声速飞行器一般是指飞行马赫数大于5且能够在大气层和跨大气层中实现远程飞行的飞行器。
这种飞行器在高度和速度上都具有相当大的优势,在军民领域具有巨大的应用潜力。
高超声速飞行器是21世纪航空航天技术新的制高点,是航空史上继发明飞机、突破声障飞行之后第三个划时代的里程碑,同时也将开辟人类进入太空的新方式。
本文首先阐述了高超声速空天飞行器的概念,强调了其主要的军事用途。
其次,分析了空天飞行器的主要气动布局形式和特点。
最后,对国外航空航天大国的空天飞行器相关发展情况进行了综述,包括美国、俄罗斯、澳大利亚和法国等国家。
1. 引言未来的高超声速飞行器能够在2个小时之内到达地球任何地方,能够像普通的飞机一样水平起飞水平降落,并以廉价的成本完成天地往返的运输任务,从而可在空间控制和空间作战中发挥重要的作用,而这些要求的实现从根本上都取决于高超声速飞行器技术的发展。
高超声速飞行器所具有的全球实时侦查、快速部署和远程精确打击能力,将改变未来战争的作战样式,对国家安全产生战略性的影响。
高超声速飞行器还具有显著的军民两用性,能为民用运输和航天运载等领域提供全新的途径,进而对社会进步及国民经济产生带动作用。
2. 空天飞行器随着现代科学技术的进步和未来战场的不断拓展,世界各国正在逐步把航空和航天飞行器朝着有机结合成一体的方向推进。
空天飞行器是指既能够进入太空飞行,又能较长时间在大气层内飞行的一种飞行器。
空天飞机是在航空和航天技术相结合方面的初步尝试,可实现航天运载系统的部分重复使用、提高操作效率和大幅度降低航天运输费用的目的,同时更具有广阔的军事运用前景。
虽然目前单级入轨或多级入轨的空天飞机还处于探索研究阶段,但它可望成为世纪最先进、最经济有效的航天运载工具,代表了今后数十年内航天运载技术的发展方向,并且将成为未来控制空间、争夺制天权的关键武器装备之一。
空天飞行器的飞行过程可分成三段:一是发射上升段,二是轨道飞行段,三是再入返回段。
高超声速飞行器一、国内外高超声速飞行器研制现状高超声速飞行器技术是21世纪航空航天技术的新制高点,是航空史上继发明飞机、突破声障飞行之后第三个划时代的里程碑,同时也将开辟进入太空的新方式。
高超声速飞行器技术的突破,将对国际战略格局、军事力量对比、科学技术和经济社会发展以及综合国力提升等产生重大和深远的影响。
因此,世界主要国家一直把高超声速飞行器研制作为科技发展的最前沿阵地,从人力、物力、财力等各方面给予大力支持。
自20世纪50年代末开始探索超声速燃烧冲压发动机技术以来,经过几十年的探索,美国、俄罗斯、法国、德国、日本、印度和澳大利亚等国在20世纪90年代初陆续取得了技术上的重大突破,并相继进行了地面试验和飞行试验。
这表明高超声速技术从进行概念和原理探索的基础研究阶段,进入了以某种高超声速飞行器为应用背景的先期技术开发阶段。
各国技术开发的主要应用目标近期为高超声速巡航导弹,中期为高超声速飞机,远期为吸气式推进的跨大气层飞行器、空天飞机。
高超声速飞行器技术是21世纪航空航天技术的制高点,也是重要的军民两用技术。
虽然目前仍存在不少技术难题,而且耗费巨大,但从世界各研制国目前的发展势头来看,以超燃冲压发动机为动力的高超声速巡航导弹有可能在2010年前后问世。
预计到2025年,以超燃冲压发动机为动力的高超声速飞机和空天飞机也有可能投入使用,并将在军事、政治和经济等领域产生重大影响。
1 美国1.1 Hyper2X计划经过较长时间的研究和实践,美国在高超声速飞行器的设计研制方面积累了丰富的经验。
作为试验性高超声速飞行研究计划,Hyper2X计划是对以往所做工作的一次检验。
Hyper2X计划是美国国家航空航天局(NASA)近年来重点开展的高超声速技术研究计划,主要目的是研究并验证可用于高超声速飞机和可重复使用的天地往返系统的超燃冲压发动机技术,并验证高超声速飞行器的设计方法和试验手段。
1997年1月,NASA与兰利研究中心、德莱顿飞行研究中心签订合同,Hyper2X计划正式启动。
国外高超声速飞行器的发展及关键技术高超声速一般是指流动或飞行的速度超过5倍声速,即马赫数(Ma)大于或等于5。
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。
吸气式高超声速飞行器飞行时不需要像火箭那样自身携带氧化剂,可以直接从大气中吸取氧气,因而它的航程更远、结构重量更轻、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,并相续进行了地面试验和飞行试验。
高超声速技术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、跨大气层飞行器和空天飞机为应用背景的先期技术开发阶段。
一、国外高超声速飞行器的发展1.美国美国自20世纪50年代开始研究吸气式高超声速技术。
20世纪80年代中期,美国实施了采用吸气式推进、单级入轨(马赫数25)的国家空天飞机计划(NASP),由于在技术、经费和管理方面遇到了一系列的困难,NASP计划于1995年停止。
尽管如此,NASP计划仍然大大推动了美国高超声速技术的发展,仅美国航空航天局(NASA)兰利研究中心就进行了包括乘波外形一体化和超燃冲压发动机试验在内的近3200次试验。
通过这些试验,美国已经基本上掌握了马赫数小于8的超燃冲压发动机设计技术,并建立了大规模的数据库,从而为实际飞行器的工程设计打下了牢固的技术基础。
从1996年开始,美国对高超声速飞行器技术的发展进行了调整,确立了分阶段逐步发展的思路,降低了近期的发展目标。
目前,美国正在全方位发展高超声速飞行器技术,主要目标是研制马赫数小于8的高超声速巡航导弹(包括海军的高速打击导弹、空军的高超声速巡航导弹和国防高级研究计划局的“可负担得起的快速反应导弹”),同时实施以高超声速飞机为应用背景的高超声速飞行试验计划(Hyper一X)。
情报交流本文2008 09 29收到,作者分别系中国航天科工集团第三研究院三一〇所工程师、助工、助工国外吸气式高超声速飞行器发展现状陈英硕 叶 蕾 苏鑫鑫摘 要 以美国H yT ech 、H yF ly 、X 51A 、猎鹰(FALCON )计划为重点,介绍了世界上几个主要的吸气式高超声速技术计划和飞行器研究情况,并对当前国外吸气式高超声速飞行器的发展现状进行了简要分析。
关键词 吸气式 高超声速H yF ly X 51A FA LCON引 言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、结构质量更轻、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 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3200次试验。
通过这些试验掌握了M a <8的超燃发动机设计技术,并建立了数据库,从而为实际飞行器打下了牢固的技术基础。
实际上,30多年来,兰利研究中心一直在进行这方面的研究,曾经在2.44m 高温风洞中研制和试验过22个发动机。
在此基础上,美国于1996年开始,针对高超声速导弹、高超声速飞机和空天飞机的研制工作调整高超声速技术的研究目标,在发展和应用高超声速技术方面采取了更为稳妥的循序渐进策略,提出了更为现实的全方位的高超声速武器和先进航天器研制计划。
NASA 和美国空军在2000年12月达成协议,将联合进行高超声速技术的发展和验证。
2001年,NASA 和美国国防部联合提出了国家航空航天倡议(NA I),重申了美国高超声速飞行器的发展战略:近期发展高超声速巡航导弹;中期重点发展全球到达的高超声速飞机;远期发展廉价、快速、可重复使用的航天运载器。
2001年6月到2004年11月,NAS A H yper X 计划的X 43A 进行了3次飞行试验,除第一次以失败告终外,第二次飞行试验实现了7倍声速飞行,第三次在大约33.5km 高度飞行时以M a =9.8(11270k m /h)的惊人速度载入世界飞行速度记录。
X 43A 的成功飞行试验,验证了高超声速飞行器的设计概念、设计方法和地面试验结果。
但2006年年初NASA 表示,将把航空领域的研究重点从之前的飞行演示验证重新转向基础研究和设计工具开发,同时,NASA 对其组织结构进行调整,将高超声速研究纳入基础航空部分。
X 43高超声速研究小组的项目重点将进行基础性的技术研究而不是飞行试验。
下面就简要介绍一下美国开25 飞航导弹 2008年第12期图1 X 43A验证飞行器展的吸气式高超声速技术研究计划。
1.1 H yTech计划美国空军在1995年推出了H y T ech计划,美国空军研究实验室(AFRL)、美国国防高级研究计划局(DARPA)和NASA参与了该项目。
H y Tech计划的目标是验证M a=4~8的碳氢燃料超燃冲压发动机的可操作性、性能和结构耐用性,验证适合于未来高超声速巡航导弹和高超声速远程打击飞机的超燃冲压发动机技术。
H y T ech计划从1996年开始资助普惠公司承担H ySET计划,研制M a=4~8的二维碳氢燃料双模态超燃冲压发动机。
发动机采用混合压缩进气道,燃料再生冷却流道方案,考虑了与导弹外形的一体化,并采用轻质材料减轻质量。
H ySET计划的第一阶段完成了高超声速导弹和超燃冲压发动机的初步设计。
导弹侧边安装固体助推器,助推器将导弹加速到M a=4之后,双模态超燃冲压发动机开始工作,固体助推器随即抛掉,导弹被加速到M a=8巡航。
2002年9月6日,普惠公司开始了飞行质量的地面验证发动机(GDE 1)的研制。
该发动机采用吸热碳氢燃料冷却,但是部分冷却燃料没有进入燃烧室燃烧。
在联合航空航天工业(A lli e dAerospace Industries)公司的GASL分部进行的试验中,得到了可观的净推力,验证了燃料的高效燃烧和热防护结构的有效性,是世界上第一台采用燃料冷却的超燃冲压发动机。
2005年初,在GDE 1的基础上,普惠公司联合其它厂家完成了第二代地面性能样机(GDE2)的研制,该发动机是采用碳氢燃料闭环冷却、单一发动机流道、复合材料前缘、进气道唇口可调、工作范围为M a=5~7的飞行质量发动机。
同年普惠与AFRL联合得到一项为期9年的研究合同。
2005年10月,GDE 2在NASA兰利研究中心的2.44m高温风洞中完成了M a=5条件下的自由射流试验。
2006年7月27日,普惠公司宣布GDE 2在NASA兰利研究中心完成了试验。
这是闭环碳氢燃料超燃冲压推进系统在超声速条件下首次成功完成试验。
在兰利高2.44m高温隧道中进行的若干次M a=5试验期间,GDE 2产生了重要的超声速数据结果。
GDE 2试验的成功完成标志着超声速技术获得了重要的里程碑式成就。
它是一个成套推进系统,包含许多实现世界超声速推进所需的技术。
包括AFRL、DARPA、NASA、普惠公司和波音公司在内的政府 工业团队,将利用GDE 2验证的技术,为X 51A飞行验证计划研发推进系统。
1.2 H yF l y计划2002年,DARPA和海军研究办公室(ONR)联合出资实施H yF l y高超声速导弹验证项目。
该项目与由国防高级研究计划局和空军联合出资实施的采用高超声速发动机的单台发动机验证器(SED)项目(即H y Tech计划的飞行试验部分),都是为开辟新的航空飞行领域、促使航空业发展所作的努力。
2006年,美国防部考虑将分别由空军和海军独立研制的高超声速推进系统作为下一代全球打击武器动力系统的一部分。
海军领导的H y F ly技术验证器和空军的乘波器项目将成为从舰船、潜艇或飞机发射的下一代高速导弹动力系统的候选方案。
按照国防部设想,装有H yFly推进系统的弹药将由空军的F 15战斗机或任何其它型号的轰炸机发射,F22A、F 35和海军的F/A 18也将配备装有H yF l y发动机的弹药。
2006年5月,国会签署命令成立联合办公室以加强高超声速技术的联合研究。
参议院2007财年国防授权法规定,该联合办公室将承担的工作包括统管国防部主要的高超声速项目研究,并协调国防部和NASA加快打击平26飞航导弹 2008年第12期图2 X 51A 概念图台的研制。
即使空军或其它军种选择H yFly 或乘波器系统作为未来打击武器的一部分,高超声速系统仍然面临一系列研制和试验的挑战,将经历包括弹头整合、扩展平台整合以及微小改进在内的常规系统设计和研制阶段。
H yFly 计划总共进行4次飞行发射试验,2008年1月,H y Fly 项目进行了第4次飞行试验,在飞行了约58s 后坠入了大海。
1.3 X 51A2005年9月27日,美国空军正式授予空军研究实验室(AFRL)的超燃冲压发动机验证飞行器的代号为X 51A 。
实际上,AFRL 在2003年就已经开始研制试验飞行器,并在2004年1月决定采用普惠公司的超燃冲压发动机验证机 乘波器(Scra m jet Eng i n e De m enstrator W ave R ider ,SED W R)。
2004年12月SED 通过初始设计评估,2005年1月开始详细设计,2007年5月通过关键设计评估,目前计划在2009年首次飞行试验。
2007年5月,普惠火箭动力公司X 51A 高超声速验证机的X 1超燃冲压发动机在NASA 兰利研究中心2.44m 高温风洞(HTT)内首次完成了M a =5的模拟飞行试验。
HTT 20世纪60年代用于再入试验,并在80年代进行了改造,可以在M a =4~7的速度下试验发动机。
该风洞已经用于试验缩比30%的NASP 概念验证机发动机、X 43的超燃冲压发动机、H yTech 地面验证发动机和目前的X 1。
据普惠火箭动力公司相关人员表示,该发动机的性能超过预期,他把这次试验描述成是高超声速开始迈入实际应用的重要一步。
X 1具有闭环热管理系统,在系统中,JP 7燃料在该发动机周围循环,在其喷射到燃烧室前用来冷却发动机硬件,燃料进入燃烧室内同超声速气流混合并燃烧。
同2004年NASA 以M a =9.6速度飞行的X 43A 所装备的氢燃料超燃冲压发动机相比较,当时的发动机因无冷却措施而被短时超声速燃烧和高超声速飞行产生的热所融化。
随后,X 51A 超燃冲压发动机验证机通过了关键设计评审,而且该项目已经开始采购飞行硬件,供在2009年夏天开始的飞行试验用。
目前需要解决的最重要的问题是X 51A 固体火箭助推器的点火器。
该助推器是美国陆军的战术导弹系统,从海平面发射。
NASA 研究人员表示, 当X 43结束时,我们没有将所有的高超技术能力从NASA 撤出。
目前,按照其基础航空计划,该机构正与空军研究实验室合作X 51A 项目,提供试验服务、分析和经验。
NASA 在高超声速方面的兴趣是用吸气式发动机进入空间和大质量的火星再入。
这些技术是有重叠的。
对于X 51A 来说,NASA 正在贡献其全面的航空器计算流体力学分析能力,并为X 1和X 2发动机进行全部试验。
!1.4 猎鹰计划从美国大陆兵力投送和应用(FALCON )计划,简称猎鹰计划,该计划旨在发展一种能在2h 之内攻击远在16679k m 之外目标的高超声速武器系统。
由DARPA 负责整个管理工作,美国空军太空司令部航天与导弹系统中心协助进行项目管理,空军太空司令部航天与导弹系统中心/第12特遣部队和美国空军研究实验室提供技术支持和辅助进行里程碑评审工作。
猎鹰计划分为三个阶段,第一阶段总经费为1000万美元,内容为小型发射飞行器(SLV )的方案设计、性能预测、确定费用指标、发展和验证,为期约6个月;第二阶段为设计与研制,包括初始飞行试验,为期36个月,从参与竞争的多家公司选定两家进行竞争;第三阶段为武器系统验证,为期30个月,从两家竞争公司中选定一家为主承包公司。
2003年11月,DARPA 和美27 飞航导弹 2008年第12期图3 黑雨燕高超声速飞行验证器国空军选定承包商,开始实施第一阶段猎鹰计划。