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陶瓷基复合材料在高超声速飞行器热防护系统中的应用图1 新材料对新型飞行器的促进 摘 要 主要介绍了陶瓷基复合材料制成的热防护系统及热结构在吸气式高超声速飞行器不同部位(包括前缘、机身大面积区域和控制面)上的应用,并指出了存在的问题和面临的技术挑战。
关键词 高超声速飞行器 热防护系统 热结构陶瓷基复合材料引 言当吸气式飞行器在大气层内高速飞行时,强烈的气动加热会给结构强度带来严重的问题,因此,必须要由一个性能良好的热防护系统(TPS)对结构提供保护,使飞行器底层主体结构维持在所允许的温度范围内。
吸气式高超声速飞行器的结构设计面临严峻的技术挑战,其中之一来自于大的温度梯度。
例如,飞行器液氢燃料贮罐中液氢温度低达-253℃,而TPS外表面的温度高达1100℃～1650℃,在如此大的温度梯度下,将热胀冷缩不一致的各种组件(储罐、隔热层、结构以及TPS等)组合装配起来,是一个很大的技术挑战。
在吸气式高超声速飞行器的某些结构中,为减小阻力一般采用厚度很薄的剖面,这些结构往往要承受很高的温度载荷和机械载荷,但为了不影响飞行,必须维持其气动外形,因此,其TPS不允许采用烧蚀材料。
飞行器在高速飞行时,为确保头锥前缘产生所需的激波,以使超燃冲压发动机捕获的空气流量最大化,这些部位也不允许线性烧蚀。
除以上问题以外,飞行器迎风面存在的台阶会导致局部过热点,其外表面存在的缝隙会导致高温等离子体渗入到结构中。
此外,推进系统与机身连接时的热膨胀不匹配、TPS全寿命周期成本等也是必须解决的技术问题。
要解决上述所有问题,需要采用一种不同于航天飞机机身TPS的新型热防护和热结构方案。
1 陶瓷基复合材料历史表明新材料的应用使得新型飞行器成为可能(如图1所示)。
对于吸气式高超声速飞行器而言,其TPS所需的材料必须同时具备耐高温(1100℃～2200℃)、高强度、高韧性、轻质和环境稳定性等特性。
图2给出了不同材料的比强度(强度与密度之比)随温度的变化。
美国X-51A飞行器及总体设计及其关键技术简介Xxx摘要：从计划的背景、飞行器的构造、热防护材料研发测试以及实际飞行试验等方面对X-51A 的发展计划作了较为详细的介绍,并据此对美国发展高超声速飞行技术的研究流程和理念有个一定的了解与认识。
关键词：X-51A 高超声速导弹热防护系统结构材料飞行器引言：美国自二十世纪九十年代启动“全球敏捷打击”计划以来，一直处于低速发展过程中，该计划近期开始迅速升级，从改造“三叉戟”导弹开始，美国正推出一系列先进攻击武器概念，包括飞机、无人机和导弹。
其中，X-51高超声速巡航导弹是美国武器库目前速度最快的全球打击武器，可以在一小时内攻击地球上任一目标。
1项目概况巡航导弹在美国武器系统中具有特殊的地位，在未来信息化战争中，巡航导弹不要要成为首选的打击武器，也是美军实行远程军事打击的必备武器。
美国于20世纪90年代启动的“全球敏捷打击”计划自推出以来一直处于低速发展过程中,直至近年该计划开始迅速发展。
美国从改造三叉戟导弹开始,陆续推出一系列的先进攻击武器概念,包括新一代的飞机、无人机和导弹。
X-51A计划是由美国空军研究试验室(AFRL)、国防高级研究计划局(DARPA)、NASA、波音公司和普惠公司联合实施的旨在验证高超声速飞行能力的计划。
终极目标是发展一种马赫数达到5~7的可以在1 h内进行全球打击的武器,包括快速响应的空间飞行器和高超声速巡航导弹。
X-51A于2010年2月中旬进行了首次高超声速飞行试验。
X-51A的首飞创造了又一个人类历史记录———超燃冲压发动机推进的历时最长的高超声速飞行,刷新了X2 43创造的12 s的记录。
X2 51A首飞的成功意味着, 超燃冲压发动机将提供一种全新的快速全球打击能力。
据称,该高超声速导弹将能够在60 min内实施全球打击。
美国国防部/NASA的X2 51A项目则是这一新型武器系统方案的关键部分。
X2 51A 的飞行试验对于空间进入、侦察、打击、全球到达以及商业运输等都有重要意义。
世界主要空天飞行器研制情况及未来发展趋势唐绍锋 张静 （中国运载火箭技术研究院）空天飞行器（Aerospace Vehicle）是航空航天飞行器的简称。
美国国家航空航天局（NASA）航空航天技术术语词典和麦格劳-希尔科学与技术术语词典对空天飞行器的解释为“在可感大气层内外都可以飞行的一类飞行器”，即既能航空又能航天的飞行器。
一般来说，将海拔100km高度的卡门线作为航空与航天的界线。
所以空天飞行器是指既可以在海拔100km以下又可以在海拔100km以上飞行的飞行器。
本文从商业和军事两方面阐述了空天飞行器的研究意义，介绍了空天飞行器研发所必须要突破的关键技术和世界代表性空天飞行器项目的研制情况，并对空天飞行器的未来发展趋势做出了预测。
1 研究意义商业意义发展空天飞行器可以大大降低空天之间的运输费用。
据估计，空天飞行器的运输费用至少可以降到航天飞机的1/5，甚至可降到1%，其实现途径归纳起来主要有三点：一是充分利用大气层中的氧，以减少飞行器携带的氧化剂，从而减轻起飞质量；二是整个飞行器全部重复使用，除消耗推进剂外不抛弃任何部件；三是水平起飞，水平降落，简化起飞（发射）和降落（返回）所需的场地设施和操作程序，不受发射窗口限制，减少维修费用和管理调度成本。
空天飞行器不仅可以向空间站等空间系统补充人员、物资、燃料，提供在轨服务，把空间站内制成Reviews的产品运回地球，还可以搭载乘客进行太空旅行，使人们观赏到旖旎的太空风光，为人们提供在地球上无法获得的体验。
基于空天飞行器的高速能力，乘坐它可以大大减少旅行时间，方便快捷地到世界的任何地方看望朋友或进行商业旅行。
此外，空天飞行器还可以对自然灾害进行快速响应。
军事意义在军事上，空天飞行器可以在大气层内外自由飞行，如果将它发展成一种全新的航空航天轰炸机、战斗机和运输机，其作战区域将是整个地球乃至近地空间。
它能在1～2h内突破任何地面防御系统，从空间对陆、海、空目标实施精确打击，即具备了全球快速打击能力。
第 50 卷第 2 期2024 年 4 月Vol. 50 No. 2Apr. 2024航空发动机Aeroengine高超声速动力能热管理技术综述梁义强，范宇，周建军，刘太秋（中国航发沈阳发动机研究所，沈阳 110015）摘要：高超声速飞行器因良好的高速突防和快速打击能力成为重要的装备发展方向，但高超声速飞行工况的特殊性使其动力系统对热管理和能源供给提出了严苛的需求。
通过分析文献对高超声速动力的热防护、燃油热管理和进气预冷等技术进行了详细评述。
热管理对高超声速动力装置的功能和性能实现具有重要影响，但其目前在该领域研究技术的成熟度较低，飞发一体化是解决问题的重要技术途径之一。
通过文献综述对能源供给的生成及利用等技术与传统飞行器进行了对比，概述了现有高超声速动力主要的能源供给方式的关键技术为燃油裂解气涡轮等，在此基础上总结了能热（能源与热）管理的未来发展趋势为热电转换等，为高超声速动力能量综合能热管理技术的发展提供借鉴。
关键词：高超声速动力；能热管理；推进系统；发电技术中图分类号：V231.1文献标识码：A doi：10.13477/ki.aeroengine.2024.02.002Overview of Power and Thermal Management Technology for Hypersonic EngineLIANG Yi-qiang， FAN Yu， ZHOU Jian-jun， LIU Tai-qiu（AECC Shenyang Engine Research Institute，Shenyang 110015，China）Abstract：Hypersonic aircraft represents a crucial focus in equipment development, owing to their exceptional high-speed penetra⁃tion and swift strike capabilities. However, stringent requirements for thermal management and power supply are imposed by hypersonic flight conditions. A comprehensive review of technologies concerning thermal protection, fuel thermal management and inlet air precooling is conducted. Thermal management significantly impacts the performance and function of hypersonic engines, but its current technical maturity level in this field is relatively low. The integration of airframe and engine is identified as one of the important approaches for addressing these challenges. A literature review was conducted to compare the generation and utilization technologies of power supply with traditional aircraft. Key technologies of primary power supply methods in existing hypersonic engines are outlined, including the fuel vapor turbine. The future developmental trends in power and thermal management are summarized, such as thermoelectric conversion, providing a reference for the development of integrated power and thermal management technologies for hypersonic engines.Key words：hypersonic engine; power and thermal management; propulsion system; power generation technology0 引言未来战争要求战机在极具复杂的空天战场态势下“快速响应、远程打击”、“先敌发现、先发制敌”，形成对敌全面压制的战略优势[1-2]。
超强科普：漫谈高超音速武器及其防御高超音速飞行器是近一段时间军坛上的热点话题。
8月7日网传我国“Wu-14高超音速滑翔式导弹"(网传不做证实)试验失败;8月25日美国陆军高超音速武器(AHW)进行试射，导弹升空后4秒因故障被迫引爆。
至此中美成为了这领域全球的焦点，高超音速武器的研发拉开了21世纪空天进攻和防御对抗的大幕，势必成为未来几十年最耀眼的军事科技项目之一。
一、什么是高超音速?我们知道几十年来传统的飞机和导弹发动机在3至4倍音速时就会遇到速度瓶颈。
为了打破速度极限，人类开始研发高超音速的飞行器。
那么高超音速飞行器要有多快呢?我们说要起码达到每小时6 000千米的飞行速度，也就是5倍音速以上才算是高超音速，因为以5马赫为界的飞行气流性质不同，飞行器的设计也势必不同。
高超音速飞行器要达到5倍以上的因素，就必须使用重新设计的专用发动机，在3-4倍音速上的超音速导弹系统使用的冲压发动机，是不能直接用于高超音速飞行器的，所以研发所谓的超燃冲压发动机就是整个高超音速飞行器设计的重中之重，这类发动机如果能成熟应用到未来的高超音速飞行器中将是一场新的动力革命。
另外高超音速飞行器在跨越超音速和高超音速的时候，飞行器的控制能力要求是不同的，对飞行器的外形要求非常苛刻，因此如何设计兼容不同速度的飞行器外形和控制操作系统，让飞行器稳定的进行飞行是另一个巨大的设计难点。
二、什么是高超音速武器?最有威胁的高超音速武器一般在临近空间高度飞行。
所以我们先讲一下临近空间，临近空间是指高于一般航空器飞行高度，而又低于航天器轨道高度的空间区域。
目前，国际上对临近空间区域具体高度范围尚无统一的定义，大多数观点认为其高度下限为20 km——30 km，上限为100 km ——150 km。
这个高度区间大气层大致包括: 大部分大气平流层、全部中间层和部分热层区域。
飞行在该空间区域，既可以避免绝大多数的地面防空武器和大部分战斗机防御攻击，又可以提高军事侦察和对地攻击的精度。
“高超声速”（Hypersonic）一词由我国著名科学家钱学森于1964年首次提出，实际上高超声速飞行器技术的发展起步于20世纪50年代的超声速燃烧及超声速燃烧冲压发动机（简称超燃冲压发动机）的研究，至今已经历了近70年的历史。
2013年5月美国X−51A第四次飞行试验，实现了以碳氢燃料超燃冲压发动机为动力的临近空间飞行器飞行速度和飞行距离的历史性突破，以吸气式高超声速飞行器为代表的临近空间和空天飞行器技术再次成为航空航天领域的热点，其技术难度极高，机遇和挑战并存。
高超声速飞行器技术的发展最终是要实现高超声速飞行器的飞行和应用。
高超声速飞行器是指最大飞行速度大于等于5倍声速、在大气层内或跨大气层长时间机动飞行的飞行器，其主要应用形式包括高超声速巡航导弹、高超声速滑翔飞行器、高超声速飞行平台（包括有人/无人高超声速飞机等）以及空天飞行器等具有战略威慑作用的武器装备和具有广泛用途的航天空间飞行器。
按照飞行器主级有/无动力分类，可分为高超声速有动力飞行器（例如X−51A，巡航级为主级，动力装置采用超燃冲压发动机）和高超声速无动力飞行器（例如HTV−2，滑翔体为主级，无动力滑翔飞行）等。
本文以HTV-2高超声速无动力滑翔导弹为研究对象，重点研究导弹在滑翔段和再入段的飞行过程，并利用卫星工具软件STK(Satellite Tool Kit，STK)的三维可视化仿真技术，将纯数字形式的弹道转换为立体的可视化弹道，以动画的形式呈现出来，本文的研究方向是将高超声速导弹弹道进行三维可视化。
1.2 国内外研究现状1.2.1 高超声速飞行器发展状况美国航空宇航局(NASA) 已经研究高超声速飞行器将近70 年. 2004年 3 月, NASA 成功试飞了X-43 验证机, 标志着高超声速飞行器研究领域取得阶段性成果。
一般认为, 大于 5 倍声速的速度称为高超声速。
美国自20 世纪50 年代开始研究吸气式高超声速技术。
高超声速高焓风洞试验技术研究进展JIANG Zonglin【摘要】The development of high enthalpy wind tunnel and its test technology are the cornerstone to help mankind enter the hypersonic era,and the great progress has been achieved in recent years.High enthalpy wind tunnels with four typical driving modes areintroduced.Those are the air-directly-heated hypersonic wind tunnel,the light-gas-heated shock tunnel,the free-piston-driven shock tunnel, and the detonation-driven shock tunnel.Theories and critical techniques for developing these wind tunnels are introduced,and their merits and weakness are discussed based on tunnel performance evaluation.The measurement techniques are usually included into wind tunnel techniques because that the hypersonic and high-enthalpy flow is a chemically-reacting gas motion and its diagnose needs specially-designed instruments.Three measuring techniques are introduced here,including aerodynamic heat flux sensors,aerodynamic balances, and optical diagnose techniques.These techniques were usually developed for conventional hypersonic wind tunnels and combustion research,and are further improved to measure the hypersonic and high-enthalpy flows.The prospect for developing the experimental techniques of hypersonic and high-enthalpy wind tunnels is presente d from author’s point view.%高焓风洞及其试验技术是助力人类进入高超声速飞行时代的基石,近年来取得了长足的进展.本文首先重点介绍了四种典型驱动模式的高焓风洞,即直接加热型高超声速风洞、加热轻气体驱动激波风洞、自由活塞驱动激波风洞和爆轰驱动激波风洞.通过这些代表性风洞的介绍,讨论了相关风洞的理论基础和关键技术及其长处与不足.由于高超声速高焓流动具高温热化学反应特征,风洞试验技术研究还包含着针对高焓特色的测量技术发展.本文介绍了三种主要测量技术:气动热测量技术、气动天平技术和光学测量技术.这些技术是依据常规风洞试验测量需求而研制的,又根据高焓风洞的特点得到了进一步的改进和完善.最后对高超声速高焓风洞试验技术发展做了简单展望.【期刊名称】《空气动力学学报》【年(卷),期】2019(037)003【总页数】9页(P347-355)【关键词】高焓流动;激波风洞;高超声速飞行器;气动力/热特性;测量技术【作者】JIANG Zonglin【作者单位】State Key Laboratory of High Temperature Gas Dynamics , Institute of Mechanics , Chinese Academy of Sciences ,Beijing 100190,China) 2.Department of Aerospace Engineering Science ,School of Engineering Science , University of Chinese Academy of Sciences ,Beijing 100049,China【正文语种】中文【中图分类】V2 1 1.70 引言高超声速高焓气体流动主要是指一类动能极高的化学反应气体流动。
高超声速飞行器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。
1高超声速飞行器基本概念1.1高超声速的产生和特点高超声速飞行器具有飞行高度高、速度快、侧向机动性好的优点, 能在很短的时间内抵达地球上的任何一点, 迅速打击数千或上万公里外的各类军事目标。
这主要是因为它具有高性能动力推进系统。
超燃冲压发动机、脉冲爆震发动机是高超声速飞行器的关键技术。
目前,各国发展高超声速技术主要选用燃料可在高超声速内流中稳定燃烧的高超声速燃料简称超燃冲压发动机。
超燃冲压发动机的适用范围为马赫数 5 ～16,飞行时不需要自身携带氧化剂, 直接从大气中吸收氧气, 作为助燃剂。
冲压发动机由进气道、燃烧室、推进喷管三部分组成。
所谓冲压, 就是迎面吸进的高速气流在进气道内被迅速扩张、减速、增压的过程。
当气压和温度升高后, 气体进入燃烧室与燃料混合燃烧, 经膨胀加速, 由喷口高速排出, 产生推力。
这项技术的结构质量轻、飞行成本低, 可控能力强、安全性好, 可长时间使用, 是实现高超声速飞行的理想动力装置。
脉冲爆震发动机适用于所有尺寸和所有速度的推进系统, 从发射到高空高超声速飞行甚至轨道机动都能使用, 尽管在50 km 以上时需要使用氧化剂, 但由于应用范围更广泛也更具革命性, 因此也是各国发展高超声速飞行器的热点。
高超声速飞行器具有以下优点:(1)飞行速度快, 全球到达。
未来的战争是高信息化、高智能化的战争, 未来的空中打击力量将主要依靠高度和速度取胜。
这种高超声速飞行器能在大约两个小时之内攻击全球任何角落的目标。
20km 100km 临近空间超高声速飞行器控制的关键技术0. 引言临近空间是指传统的航天和航空之间的空白区域，一般认为在20~100km 之间的空间领域，包括平流层的大部分区域、中间层和热层的部分区域。
其下面的空域我们通常称之为“天空”，是传统航空器的主要活动空间；其上面的空域就是我们平常说的“太空”，是卫星等航天器的运行空间。
临近空间飞行器特指能在临近空间作持续飞行并完成一定使命的飞行器, 因此不包括只是穿越该区域飞行的飞行器。
临近空间飞行器根据飞行速度的不同，可分为低速临近空间飞行器和高速临近空间飞行器。
低速临近空间飞行器类型主要有：气球、飞艇、无人机和太阳能飞机等；高速临近空间飞行器一般包括超声速、高超声速临近空间飞行器和亚轨道飞行器等。
临近空间高超声速飞行器是指主要在临近空间内飞行，并且完成特定任务的马赫数大于5图2 临近空间飞行器的分类 图1 临近空间示意图的飞行器。
本文重要以X-51巡航导弹为代表，对临近空间高超声速飞行器进行了介绍，并系统地分析了其导航与控制的关键技术，最后给出了临近空间高超声速飞行器的发展趋势。
1.临近空间高超声速飞行器高速临近空间飞行器主要可分为两大类:以火箭为动力的高超声速飞行器(hypersonic rocket vehicles,HRV)和以吸气式发动机为动力的高超声速飞行器(hypersonic air-breathing vehicles,HAV)，如:高超声速巡航导弹、远程机动弹道导弹、高超声速飞机、可重复使用的高超声速空天飞行器等。
20世纪60年代以来,以火箭为动力的高超声速航天飞行器(如:各类导弹、卫星、载人航天器、空间实验室、空间站和大型运载工具等),有了很大发展,目前技术已达到成熟。
以吸气式发动机为动力的高超声速飞行器,受到广泛关注。
从20世纪50年代末开始对超燃发动机的探索性研究,70年代后期,出现低潮,几经周折,到80年代后期、90年代初中期,关键技术问题取得突破性进展,目前已进入飞行演示验证阶段。
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。对于发射上升段，从目前和未来相当长一段时间的技术水平来看,比较可行的方式还是依靠液体火箭或固体火箭。空天飞行器只是作为火箭的“乘2
客”，气动设计时主要需考虑飞行器与火箭的匹配，飞行器本身的外形并不由此阶段决定。在轨道飞行段，由于空气很稀薄或没有空气，所以此阶段也可基本不考虑空天飞行器的气动力问题。再入返回段对空天飞行器外形要求最高，因为在此阶段，空天飞行器需要穿越稠密的大气层，还要进行远距离的纵向和横向机动，气动现象十分复杂：其马赫数将达到十几、甚至二十几，温度将达到3 000℃~4 000℃。气动外形设计时需要综合考虑升阻比、推阻、静稳定度、配平攻角、气动控制性能等多种气动参数。 空天飞机可作为战略轰炸机、战略侦察机和远程截击机使用，这对进一步发挥战略空军的作用具有重要意义。空天飞机最高时速3万公里，可在海拔200公里的绕地轨道飞行。空天飞机显著特点使其有潜力作为未来空间作战力量的主要武器装备之一，是实施国家安全和军事战略的主要依靠，具有极其重要的战略战术应用价值，必然会在未来高技术战争中得到广泛运用，其主要的军事用途包括： 空间武器发射与指挥控制平台 在未来天战中，空天飞机不仅可作为各种武器弹药，动能武器、高能激光武器、微波武器、粒子束武器等的发射平台，还是天基系统的支援平台。能对敌方陆、海、空、天重要目标进行攻击，对战争的胜负产生至关重要的影响。空天飞机还能像载人空间站那样在轨长期停留，配备了先进的指挥控制系统，可根据战时需求，随时承担起作战指挥任务。 增强情报信息的时效性 空天飞机可利用携带的照相侦察、电子侦察等设备对陆、海、空、天目标进行侦察与监视，对导弹发射进行预警。与各种侦察卫星相比，空天飞机具有更大的灵活机动性，它既可以像军用卫星一样在太空轨道运行的过程中获取敌方情报信息资料，也可脱离轨道反复在目标区的外层空间飞行，随时掌握作战地区敌情变化，综合各种侦察信息，提供更及时、更准确地战场信息。 空战和太空战融于一体 空天飞机具有航空与航天的双重功能和在两个空间层次作战的能力，必将成为沟通空中与太空战场、将空中斗争与太空斗争融为一体的新型高技术装备。它装备有各种先进太空武器以及大气层内远距离攻击武器，可根据作战需要，寻找并击毁外层空间的军用卫星、空间站等太空目标及大气层内的各种航空器。
3. 研究现状 20世纪80年代初，以美，苏为首的两个军事集团的空间军备竞赛愈演愈烈，1985~1994年美国实施了庞大的“国家航天飞机计划（NASP）”。由于巨额经费和技术上的复杂性以及政治上的干预，此计划经历巨大挫折，但推动了高超音速技术的发展，逐步掌握了马赫数小于8的超燃冲压发动机设计技术。 a) 美国 3
冷战结束，美国的国防预算大幅度地缩减，又由于缺少在高马赫下的实验数据,而无法进行昂贵的全尺寸设计。取而代之的是以实施一个6年期的技术上“风险缩减”的计划。此计划主要是进行高超音速的研究。美国空军仍关注X-系列空天飞机的发展,并给NASA注入资金。X-33给美国空军构造了建立亚轨道天军的蓝图。X-33系列飞机因流线型阻力小而倍受美空军的青睐，而且X-33在1999年的多次实验中进展顺利，进行了一系列亚轨道跳跃、飞机入轨和着陆的试验。但在2000年压力试验中由于装有液态氢燃料的复合材料层外壳破裂，NASA暂停X-33计划。
图1 美国X-33空天飞机设想图 尽管X-33项目于2001年终止了，但美国对于空间机动飞行器（SMV，Space Maneuver Vehicle）的研究并未停止。X-37是继X-33和X-34以后第三个可重复使用技术演示验证机项目，其飞行高度更高、速度更快。 X-37是第一个进行探索轨道和再入返回阶段的飞行。为了减小空间飞行的成本，X-37验证飞行器采用了41项新型技术和飞行试验。X-37的外形是由X-40进行120%缩放得到，X-40是美国空军的一个在大气层内飞行的无动力飞行器。X-37的模块化设计与其他技术（比如先进热防护、推进系统、先进的电子设备和其他飞船系统）相容，共同进行轨道测试试验。X-37验证机的设计将与高达9个月的在轨时间相适应。
图2 X37飞行器 2002年11月，作为NASA太空主动发射计划（Space Launch Initiative）的一部分波音公司获得一份价值3.01亿美元的新合同，继续X-37验证机的研究工作。新的合同包括了研制两种飞行器：X-37进场/降落试验飞行器（ALTV，4
Approach and Landing Test Vehicle）和X-37轨道飞行器。ALTV将验证系统进场、着陆、飞行时所需的转向操作方面的性能，它将验证一种综合的飞行操作控制中心。另外，ALTV还将验证气动稳定性和结构的完整性，以及在进场和着陆过程中的自动操作能力。 90年代，洛马公司在美国航天局（NASA）支持下实施了空天飞机研制计划（“Hyper-X”计划），推进系统采用新式的直排气动塞式发动机，由“飞马座”火箭发射升空。目的是利用这些飞行器探索高马赫数的喷气发动机和超声速冲压喷气发动机的性能。后继型X-43C已在研制之中。X-43长约4.88米，仍由“飞马座”火箭发射升空，而后靠自身动力加速到马赫数7，并以此速度巡航。X-43于2007年进行首次试飞。
a） B52与助推火箭分离 b） 助推火箭点火 c） X-43A飞行器 图3 X-43A第二次试飞
Hyper-X计划试飞成功后由于NASA研制重点的转移，Hyper-X计划一度由于资金短缺，其后续X-43B、X-43C的研究工作基本停止。2005年由于得到国会的支持，NASA恢复了X-43C的研究，目前仍然处于方案设计阶段。 X-43A开创性的在飞行中展示超燃冲压发动机后，仍然面临着材料、热防护、生命保障、控制系统以及飞行器运行时间方面的挑战。延长飞行时间从数秒到数分钟，再到数小时，超燃冲压发动机的尺寸和推力要从缩比模型到成为能够运行的发动机仍然需要深入广泛的研究和试验。 2002年开始第一阶段研究的FALCON计划（从美国本土运送和应用兵力计划）。该计划由DARPA和美国空军联合进行，目的是开发和验证能够执行快速到达全球任务的高超声速技术，演示可负担得起的空间飞行器。美国政府实施5
FALCON计划旨在发展三种子飞行器：一是开发作为高超声速试验飞行器或小型军事卫星助推器的低成本、快速反应的小型发射飞行器（SLV）；二是发展一种采用火箭助推的通用航空飞行器（CAV），这是一种弹药投送系统能以高超声速进行无动力滑翔，将负载投送到目标区，实现近期的全球打击能力；三是发展一种能在2小时内攻击远在17000km之外目标的高超声速武器系统（HWS），可根据任务需要随时发射、在飞行中重新定位并重复使用，可高速投送弹药，攻击广泛分布的目标。
图4 FALCON计划中的HCV飞行器系统概念图 RATTLRS计划旨在发展超声速巡航导弹，包含高超声速动力、耐高温材料、高速/一体化涡轮发动机推进系统等关键技术。RATTLRS计划包括严格的地面试验和涡轮发动机飞行验证试验设备，并需要将耐高温材料、带冷却系统的进气和排气喷口、飞行软件整合到一台飞行器上。RATTLRS计划设计的飞行器是独自采用涡轮动力加速到Ma=3，这种高速的涡轮发动机也可以作为TBCC的关键技术进行发展。为了解决RATTLRS项目中各种困难，美国海军联合了NASA，美国空军和DARPA，向他们主持进行的RTA项目，FALCON项目，VAATE项目等关键技术进行学习。 2005年7月，继HyTech计划后，美国空军和DARPA联手开始了SED项目的研究。波音公司X-51A乘波式高超声速飞行器所采用的发动机是HyTech计划中的SJX61-1发动机。在风洞试验中，SJX61-1发动机完成了Ma=5的模拟飞行试验，试验性能超出预期，迈出了碳氢燃料双模态超燃冲压发动机走向实际应用的重要一步。X-51A项目还包括了四次飞行试验，首次飞行试验计划在2009年8月进行，但是由于若干的原因已经被推迟。 X-51A项目的主要目标是对USAF的HyTech超燃冲压发动机进行飞行试验。该发动机采用吸热式碳氢燃料，在Ma=4.5开始助推至Ma=6.5开始工作。除此以外，该项目还有其他的测试目标：首先是获得采用主动冷却、智能控制操作的超燃冲压发动机地面试验和飞行试验的数据。这些数据既可以用来理解超燃冲压发动机中的物理现象，又可以发展超燃冲压发动机设计所需采用的数值计算工具。第二个目标是在实际飞行试验中验证采用吸气式燃料的可行性。第三个目标是使得采用超燃冲压发动机作为推进系统的飞行器获得正推力。
