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中国“第一乘波体”实弹实验进程比美国晚8年
点击数:次  更新时间:2018-08-07 13:55

东方心经马报资料2019今晚

 中国“第一乘波体”实弹实验进程比美国晚8年

8月3,中国航天空气动力技术研究院微信公众号发布消息称,该院于当日完成“国内第一乘波体”的飞行实验。这里首先要祝贺航天科技,正是他们主动作为,积极探索,才有了这一次国内第一乘波体的首射成功。但仔细品读你会发现,这个消息不小心暴露了中国高超声速飞行器技术研究的真实水平,之前国外以及中国媒体对中国高超音速飞行器的性能预期,还是有些乐观了。

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发射中的星空-2。图片来源中国航天空气动力技术研究院。

我们先看看报道里的“干货”:

8月3日06点41分,我院研制的星空-2火箭在西北某靶场缓缓升空,经过近10分钟飞行,火箭完成主动段转弯抛罩/级间分离试飞器释放自主飞行弹道大机动转弯等动作,按预定弹道进入落区。本次飞行试验实现了飞行试验窗口科学载荷的全通道测量,全程光测、雷测、遥测正常,试飞器飞行可控、科学数据有效,完整回收,标志着星空-2飞行试验圆满成功,实现了“国内第一乘波体”的飞行壮举。

星空-2飞行试验任务是在集团公司支持下开展的创新研发项目。项目以空气创新技术验证为目标,实现高超声速科学研究飞行平台研制与飞行试验。

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之前网络上曝光的中国高超声速飞行器风洞模型,疑似采用了乘波体设计。图片来自于网络。

我院历时三年,研制了国内首款乘波体气动布局的高超声速试验飞行器。试飞器集成了疏导式热防护热系统、内外力热测量系统及转捩流动测试系统等,依托航天科工四院火箭助推系统,将之投送到预定高度,并分离自主飞行,实现高度30Km,马赫数5.5~6飞行窗口自主飞行400秒以上,完成气动力/热、分离干扰、自然转捩/人工转捩等8项科学问题数据测量。

星空-2飞行试验项目创新性强,技术难度大,挑战了多项国际前沿创新技术难题:

1)首个乘波体布局飞行器工程化,并高超声速飞行与稳定控制技术;

2) 首次疏导式热防护技术飞行性能验证与工程应用

3)低空(约30Km)高动压高超声速抛罩分离技术;

4)基于微涡发生器(MVG)技术的火箭/试飞器级间分离流动稳定控制;

5) 乘波体高超飞行器大机动转弯飞行控制与制导技术等。

这里涉及的很多专业名词过于专业,就不一一解释了。这里要强调的是,“首个乘波体布局飞行器”的表述说明,之前外媒报道的中国高超声速飞行器都并非是乘波体。

那是啥?

目前,最为常见的形式是所谓的旋成体。也就是在三维空间中,由旋转曲面与底截面围成的空间形状。弹道导弹的锥形弹头、飞船的返回舱、包括俄罗斯的“匕首”高超声速飞行器都属于这一类型。旋成体构成的高超声速飞行器技,技术上相对容易实现,也容易控制,适合各种速度区间。它通过一定的迎角或者再入角,使得弹体本身产生升力,但是这类飞行器的升阻比较小

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“东风”弹道导弹的弹头为典型的旋成体。图片来自网络。

除此之外,高超声速飞行器还有翼身融合体和升力体构型。前者布局类似飞机布局,带有机翼,比如美国计划中的SR-72高超声速侦察机以及前段时间美国波音公司公布的高超声速客机概念。这类布局适合采用吸气式发动机或者组合式发动机,通常适合在30公里左右以及飞行7马赫以下飞行。升力体,主要利用机身的气动力外形产生一定的升力,升阻比在0.5到1.3之间,其性能介于弹道式飞行器和有翼飞行器之间,并具有两者的长处,气动力载荷比较低,主要用于重返大气层的航天器设计。

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X-51A“驭波者”,听这名字就知道是乘波体。图片来自网络。

而乘波体的所有前缘都具有浮体激波的超声速或高超声速飞行器。它使用的速度范围比较广泛,在5-20马赫都具有较高的结构强度、机动性和升阻比。从外形上看,乘波体看上去比较扁平。

相比较传统旋成体飞行器,乘波体如果实现武器化,将具有很大优点,目前乘波体已经成为世界各国高超声速飞行器研究领域。它升阻比高,阻力低、升力高。采用助推滑翔方式的乘波体,在相同的释放高度和速度情况下,其纵向和侧向滑翔距离都远远大于传统的旋成体弹头。特别是侧向滑行能力很强,可实现大范围侧向机动,实施“变射面”的打击,加之飞行的弹道低,敌方的预警系统更难以预测其飞行轨迹。而在射程相同的情况下,它的存速要比旋成体的弹头更大,能量更高,也更便于实施机动,对于反导拦截系统而言,也就更难以拦截。

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HTV-2采用了乘波体布局,2010年4月首次试射。不过由于过于先进,两次试射都以失败告终。他的速度、射程、释放高度,都要比国内的第一乘波体高。图片来自网络。

美国波音公司之前研制的X-51A实际上就采用了一种典型的乘波体设计。该飞行器共进行了4次试验。采用固体助推器加超燃冲压发动机的动力方式,动力飞行段采用了气动一体化设计,最大稳定飞行速度达到了5.1马赫,在实验中,曾在1.8万米高空飞行约3分钟。

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升力体主要用于航天器重返大气层。图片来自网络。

此外,美国的HTV-2高超声速飞行器也使用了乘波体设计。该飞行器是一种助推滑翔型的高超声速飞行器,是迄今为止设计指标最高的助推-滑翔型高超声速飞行器。它由运载火箭发射升空,在大气层边缘,以大约20马赫速度释放。根据设计指标,其乘波体本身纵向的滑翔距离近万公里,侧向滑翔距离5400公里左右。

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美国陆军的AHW,退而求其次,采用了旋成体设计。图片来自网络。

近些年,美澳联合开发的“高超声速国际飞行研究试验计划”HiFIRE项目,也在重点研究乘波体。2017 年7 月,美澳合作在澳大利亚武麦拉靶场完成了编号为HiFIRE 4的第8次飞行试验。试验中采用的乘波体飞行器飞行速度达到马赫数8左右。

今年3月1日,俄罗斯总统普京在年度国情咨文中首次公开披露了“先锋”(Avangard)高超声速助推滑翔导弹,其滑翔体疑似采用了乘波体设计。如果这一说法可靠,那么俄罗斯很可能是第一个将乘波体武器化的国家。当然,西方媒体都不信。

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俄罗斯的先锋高超声速飞行器,采用了乘波体,但是外界普遍不信。图片来自网络。

目前来看,乘波体的气动设计和飞行控制要比传统的旋成体飞行器更复杂一些,这也导致目前乘波体的高超声速飞行器实用化和武器化带来一定困难。美国空军的HTV-2两次试射(2010年4月和2011年8月)均以失败告终。当然,这也和它设计指标高、飞行时间长,防热等方面难度更大也有关系。

而美国陆军的“先进高超声速武器”(AHW)项目则降低了指标, 2011年11月的首次试射便命中了3700公里外的目标,第二次试射虽然失败,但主要问题出在了助推级上。它的成功和使用了较为传统的旋成体设计的高超声速滑翔体不无关系。

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美澳合作的高超声速飞行器试验计划,重点研究乘波体设计。图片来自网络。

总体来看,目前各国对乘波体高超声速飞行器的研究,仍处于原理和工程试验阶段,尚未形成武器化。从航天空气动力技术研究院微信公众号发布消息来看,我国的乘波体研究目标也是出于工程试验阶段。而且从实弹试验进程来看,要晚于美国8年左右。这样看,之前国内媒体宣传的我高超声速飞行器技术大幅领先美国怕是过于乐观了。

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印度的高超声速飞行器概念模型,表达出了采用乘波体的愿望。图片来自网络。

显然,在高超声速飞行器领域,要想真正成为执牛耳者,还不要更大的努力。不仅仅需要航天科工和航天科技两大航天集团奋发图强,主动作为,更需要从国家层面上给与充分的支持。


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