2021年国外高超声速技术研究进展

云脑智库 2022-08-18 00:00


来源 | 国际航空

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2021年,以美、俄为首的世界大国全力推进高超声速武器化发展,并呈现出新的军备竞赛的态势。

美国加强了高超声速技术顶层规划与牵引,着力发展高超声速攻防两端能力,高超声速飞机呈加速发展的趋势;俄罗斯高超声速武器进展顺利,各项测试顺利展开,服役日程也在按步推进;澳大利亚、韩国等多个国家也在积极投入高超声速技术的相关研究。从发展应用方向来看,高超声速导弹是重点突破和竞争方向;高超声速飞机发展迅猛。


一、美国

1。1

顶层规划

美国国防部已制定了一项高超声速现代化战略,以加速发展和交付转型作战能力。战略内容包括:

  • 开发海陆空发射的常规高超声速攻击武器,以击毁敌方海上、沿岸和内陆重要的目标;

  • 发展在不同层次击毁敌人的战术高超声速打击导弹的能力;

  • 利用可重复使用的高超声速系统执行情报/监视/侦察(ISR)和打击任务,以及将其用作运载火箭一级助推器,实现快速进入太空的能力。

2

高超声速飞机研究

1)NASA开启高超声速飞机研究

NASA将两个高超声速技术合同分别授予了GE和Aerion超声速公司,旨在开展高速飞机设计和推进系统研究,两个项目研究都在NASA高超声速技术计划(HTP)框架下开展。其中,GE的研究重点是配装高超声速飞机的涡轮基组合循环(TBCC)发动机和耐高温陶瓷基复合材料。Aerion公司的研究工作将聚焦于Ma3~5的亚高超声速飞机的推进和热管理技术,评估推进系统和热管理技术的参数适用,还将探索Ma3+速度域的问题及其关键技术方案。

2)赫米尔斯公司获美国空军高超声速验证机合同

NASA在2021年3月与美国赫米尔斯(Hermeus)公司签订一项关于研究和开发高速飞机的协议,双方将合作开发飞机的使用方案,包括分析高马赫数推力性能、热管理、综合能量生成和座舱系统。

7月,该公司在获得美国空军一份总额6000万美元、为期三年的科研合同,要求完成一型TBCC发动机的飞行验证和3架“夸特马”(Quarterhorse)高超声速飞行验证机的研制试飞等工作。这是美空军近十余年以来首个高超声速飞机验证机研制项目,也是美国工业部门正式获得军方投资开展的高超声速飞机验证机研制项目。11月,该公司展示了基于TBCC动力高超声速飞机的第一架全尺寸原型机,同时还以最大加力状态启动发动机进行地面演示,计划于2024年进行验证试飞。

图1  “夸特马”高超声速飞机示意图。

图2  赫米尔斯公司高超声速验证机模型。

3)波音展出新型“女武神”高超声速飞机方案

继2018年首次公布高超声速飞机方案之后,波音在2022年1月的美国航空航天学会上,展示了新型“女武神”高超声速无人机设计效果图。与2018年展示的模型相比,此次波音展出的新概念存在显著不同。如旧版本具有尖头、深脊和并排安装在机身下方的“二维”矩形进气口,新版本则显示出更多的“乘波体”外形,中央机身更为平坦,钝头,机翼和双尾翼更短,两台发动机被安置在两个不同的整流罩中,进气口呈圆形且分开。两个方案的共同点是都选择了TBCC发动机作为动力。

图3  波音新型“女武神”高超声速飞机模型。

美国国防工业协会新兴技术研究所执行主任马克·刘易斯(目前也是美国国防研究与工程现代化局局长)认为,波音已经开展多年的高超声速飞行器研究,2018年展示的模型并未完全反映研究的技术,最新的模型更接近实际的研究方案。为了应对高超声速时遇到的高温,波音可能采用了“热结构”,即结构材料本身可以抵抗高温,这样也更适合维护。此外,新型“女武神”的扁平状机头有助于提高飞机的隐身性。

3

高超声速导弹

2021年,美国同时推进助推滑翔和吸气式高速巡航导弹的研究,快速系统进行高超声速导弹演示验证和型号研制。

表1 高超声速导弹研究进展

二、俄罗斯

1

“锆石”高超声速导弹成功完成试射

2021年7月,俄罗斯在白海海域的22350“戈尔什科夫海军上将”号护卫舰向位于巴伦支海沿岸的地面目标发射了一枚“锆石”高超声速导弹,导弹成功击中350km外的目标。试验过程中,导弹最大飞行速度达到了Ma7,且战术技术性能得到了确认。

10月,俄罗斯海军首次从“北德文斯克”号核潜艇上试射了“锆石”高超声速导弹,导弹成功击中位于巴伦支海水域的假定海上目标。俄海军预计将于2022年开始接收“锆石”高超声速导弹,并表示研究以高超声速武器系统为代表的国防技术能够有效应对潜在军事威胁。

图4  “锆石”高超声速导弹概念图。

2

匕首高超声速导弹将配装米格31战斗机

2021年,“匕首”空射高超声速导弹继在南部军区装备后,正在实施在西伯利亚的克拉斯诺亚尔斯克边疆区的部署安排,同时两架装备有“匕首”高超声速导弹的米格-31K战斗机首次被派往叙利亚赫梅米姆空军基地。

图5  空射型“匕首”高超声速导弹。

三、其他国家

1

澳大利亚和美国持续在高超声速技术领域进行合作

美国和澳大利亚正在合作进行“南十字综合飞行研究实验”(SCIFiRE)项目,其目标是在全尺寸原型机上使用吸气式高超声速技术,开发空射高超声速巡航导弹。

此外,波音与澳大利亚Hypersonix公司合作研究Spartan 3D打印超燃冲压发动机,其推力可使飞行器能够达到Ma5~12的速度,未来或将作为三级入轨空天飞行器第二级,预计2022年交付样机。

2

英国继续开发高超声速战斗机用推进系统

2021年3月,英国反应发动机公司对全尺寸热交换器和氢预燃烧器子系统成功开展了试验,验证了向吸气式发动机核心机提供热能和空气的关键部件的设计,帮助其发动机研究进入下一阶段。反应发动机公司从事佩刀发动机的研究已有多年,致力开发Ma5一级战斗机和其他飞机用推进系统。

3

印度和俄罗斯联合开发高超声速武器

印度正在与俄罗斯合作开发“布拉莫斯”II巡航导弹,这是一种飞行速度可达Ma7的高超声速武器,从而使印度成为具备高超声速武器研发能力的国家之一。目前,该项目出现较大延误,按计划,“布拉莫斯 II ”将于2025年至2028年具备初始作战能力。

4

韩国公布高超声速巡航导弹原型概念

2021年12月3日,韩国首次推出了Hycore陆基高超声速巡航导弹原型概念。该导弹长8.7m、重2.4t,由韩国“北方天空守护者”-2C(Hyunmoo-2C)公路机动式垂直发射系统改进型发射,是韩国首个高超声速巡航导弹项目。

Hycore高超声速巡航导弹配备了两级火箭助推器、双模态超燃冲压发动机、任务计算机、惯性导航系统以及遥测设备。首枚Hycore目前正在组装中,韩国国防发展局的目标是在2022和2023年建造并试验两枚Hycore。

图6  Hycore高超声速巡航导弹模型。

5

日本稳步推进高超声速导弹研制工作

日本在2021年重点加速高超声速导弹总体设计技术、弹头技术、火控技术、制导技术、推进技术等关键技术成熟。根据日本2022财年国防预算,将在2022财年继续投入3432万美元用于高超声速巡航导弹导引头技术开发;另投入1.27亿美元,用于高超声速助推滑翔导弹早期原型样机研制。按照计划,日本将在2030年左右部署双模态超燃冲压动力高超声速巡航导弹,随后再部署一种改进型高超声速巡航导弹,2030年中期再部署一种高超声速助推滑翔导弹。

结束语

高超声速技术发展至今已经超过半个世纪,随着相关技术日趋成熟,高超声速武器的国际竞争也愈发激烈,多个国家积极开展高超声速武器装备研究。美国和俄罗斯等大国极力推动高超声速导弹实战化发展,目前已形成早期作战能力;高超声速飞机研发呈现加速态势,但距离工程研制尚有差距。预期未来会呈现出新项目、新型号的推出或装备态势,并随着作战能力的形成激发全新的作战样式,从而改变世界军事力量格局。


作者:李 茜 崔艳林 王 乐(中国航发涡轮院)

编辑:马 元 边 远

审核:彭 健

监制:王亚林

- The End

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