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美国高超声速飞行器发展路线图

2015-5-28 22:12| 发布者: cfso5068| 查看: 3865| 评论: 0|原作者: 廖孟豪|来自: 中国航空报

摘要:   2014年,美国空军按计划推进高超声速飞机研制工作并取得一系列进展。



风洞试验结果显示:超燃冲压发动机不起动(右)会导致表面温度升高。

2014年,美国空军按计划推进高超声速飞机研制工作并取得一系列进展。8月,美国空军阿诺德工程发展综合体(AEDC)对其“气动与推进试验台”(APTU)进行改装,为首次中等尺寸超燃冲压发动机直联式地面试验做好准备,预计在2015财年开始试验;9月,美国空军研究实验室与AEDC在9号高超声速风洞中,通过试验成功评估了超燃冲压发动机不启动对飞机稳定性和气动加热的影响,为后续飞行试验奠定基础(见右上图)。

2008年美国国防部国防预先研究计划局(DARPA)与美国空军联合实施的HTV-3X“黑雨燕”高超声速飞行验证机项目取消,但美国空军相关研发工作并未终止。从美国空军不断披露的信息来看,其发展路线图日益清晰。

  首先开展高超声速飞机单项技术攻关,投资强度逐年增加

美国空军在2011~2012年间披露的高超声速路线图已经表明,它将在2020年前持续开展高超声速飞机单项技术攻关,研究对象包括顶层研究、涡轮基冲压组合动力(TBCC)、供电与热管理系统、低成本轻质高速结构等,目标是使高超声速飞机的技术成熟度等级达到4。

根据美国空军发布的2015财年预算申请材料,目前已经安排了高速/高超声速飞行器、超燃冲压发动机、高超声速材料、传感器和弹药等方面的科研项目。统计发现,2013财年其投资总额为8934万美元,2014财年为13440万美元,2015财年的申请总额则达16356万美元,投资强度持续提升。

  组建跨部门科研机构,协同资源加快高超声速推进技术研究

2014年,美国空军研究实验室组建了一个全新的高超声速研究部门——“高速试验科”。该科隶属于空军研究实验室航宇系统部高速系统处,办公地点设在AEDC。其首任负责人里斯顿在上任时特别强调:“高速试验科将使用AEDC的试验设施开展更大尺寸的高速试验,而这些试验是在其他空军基地设施无法开展的”。

美国空军研究实验室是空军的核心科研力量,AEDC则是空军的测试与鉴定机构,拥有全美乃至全球最顶尖的风洞等试验设施。此次美国空军跨部门组建专门的高超声速科研机构,旨在通过加强设计与试验队伍深度合作的方式,强化前后端技术交流和成果共享,缩短设计试验周期,加速技术迭代过程,从而加快包括高超声速飞机技术在内的高超声速技术从实验室向装备系统转化。

  美国空军将采取“技术验证机、短寿命飞机、长寿命飞机”三步走的路线发展高超声速飞机

从近年来美国空军披露的文件和其高层在各种公开场合发表的言论来看,美国空军发展高超声速飞机将采取的总体路线可以判断为三步走策略:先发展技术验证机,降低技术风险;再研制可重复使用次数有限的短寿命飞机,形成威慑性作战能力;最后再通过技术进步,研制和部署长寿命高性能的飞机,形成慑战并举能力。根据目前掌握的情况,美军可能按如下进度安排三步走:

第一步:验证机2025年前后首飞

2011年5月公布的美国空军高速飞行器发展路线图在高速/高超声速飞机的发展思路上,确立了首先发展技术验证机(FRV,飞行研究机)、接着再考虑研制军用型号装备的总体路线。同时,洛马公司在2013年年底公布的SR-72高超声速飞机项目也采取了先研制验证机再研制型号装备的路线。通过验证机的研制试飞,重点对低成本轻质高速结构及材料、TBCC动力集成、供电系统和热管理系统等技术进行集成验证。

关于验证机研制进度,2011年的路线图提出计划在2021年完成配装TBCC动力的验证机首飞。但该路线图的进度目前已出现两年以上的推迟;工业部门也正积极为参与高超声速项目竞争做技术准备,例如波音公司2007年提出了MANTA高超声速飞机项目,洛马公司计划在2023年完成SR-72高超声速飞机验证机首飞。综合分析,各方都将高超声速验证机的首飞目标设定在2025年左右。

第二步:短寿命飞机2035年前后形成装备

美国空军科学咨询委员会于2014年8月发布的《高超声速飞行器技术成熟度》研究报告摘要,对空军高超声速飞机的部署时间进行了预测。这份篇幅数百字的报告摘要给出的“一句话”结论认为,“当前技术成熟度水平不足以支撑在2035年前研制和部署高超声速情报、监视与侦察(ISR)飞机”,但它并未区分短寿命和长寿命飞机。

2014年9月16日,美国空军研究实验室主任马谢洛少将在2014年空军协会年会上进一步发表了对高超声速飞机形成装备的看法。他表示,到21世纪30年代,高超声速飞机将达到足够的技术成熟度,可用于实施战术打击和ISR任务,但可重复使用次数有限,仅具备较短的寿命周期。此外,洛马公司2013年底公布的SR-72项目曾明确提出要在2030年形成装备。

综合判断认为,美国空军将在2035年前后率先装备短寿命的高超声速飞机,满足作战急需。参考以往美国空军先进作战飞机工程研制周期一般为十年的经验,该节点与前文预测的验证机首飞节点能够互相印证。

第三步:长寿命飞机2040~2050年形成装备

马谢洛在2014年空军协会年会上的报告同时明确指出,到21世纪40年代,高超声速飞机能够具备持久的可重复使用能力,执行打击和ISR任务。即在短寿命的第一代高超声速飞机完成研制后,通过技术进步,再利用十年左右的时间研制更长寿命和性能的高超声速飞机。

速度是新的隐身

“速度是新的隐身”。美国防部助理副部长阿兰·谢弗表示,高超声速飞机和武器是获得未来军事优势的根本要素,是美军用于突破中俄等国下一代一体化防空系统的革命性装备。鉴于高超声速装备巨大的军事价值,美国空军在其多个科技规划文件中均把“高超声速”列为未来改变游戏规则的技术方向。

然而发展高超声速飞机也面临着技术跨度大、研发难度高等诸多挑战。美国在高超声速飞行器研发上走过了漫长的道路,经历过无数的失败,也获得了巨大的成就——20世纪60年代成功试飞了速度达到马赫数6.99的X-15有人驾驶飞机;80年代成功研制航天飞机;90年代开展过宏大的国家空天飞机(NASP)计划;近年来连续成功试飞了旨在验证氢燃料超燃冲压发动机技术的X-43和验证碳氢燃料超燃冲压发动机技术的X-51等高超声速飞行器。即便拥有长期的技术研究支撑,美国仍然认为研制高超声速飞机存在巨大挑战。但毫无疑问的是,未来20年将是美国可重复使用高超声速飞机发展的最关键时期,这一时期内一旦美国领先取得进步和突破,将为美军构建起新的空天作战优势,形成新的常规战略威慑和实战制胜能力;此外,高超声速飞机技术的拓展应用,还有可能在空间进入、天地往返、远程运输等领域带来变革。


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