2022高超声速技术进展_李茜.pdf
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1、15航空动力 I Aerospace Power 2023年 第1期回顾与展望 Review&OutlookProgress of Hypersonic Technology in 20222022高超声速技术进展高超声速技术是指飞行马赫数(Ma)大于5、以吸气式发动机或其组合发动机为主要动力、能在大气层和跨大气层中远程飞行的飞行器所涉及的技术,其应用形式包括高超声速导弹、高超声速有人/无人飞机和空间运载器等多种飞行器。在商业领域,相同的运输距离,高超声速飞机使得旅行所需的时间大大缩短;在军事领域,高超声速武器的作战效能与攻击能力大大提升。高超声速技术自问世以来,因其在军民用领域同时蕴含巨大的
2、价值,一直备受世界各国重视。随着国际竞争形势的日趋激烈,以及存在爆发更大冲突的潜在可能,世界各国在2022年都加大了高超声速技术的研究,并取得了进展。美国力争重回优势地位美国国防部自认为在高超声速领域,尤其是军事应用上,已不处于领先地位,自2022年伊始便在顶层规划上强调了高超声速技术对保持军事优势的重要性,并加大了对高超声速飞机、导弹和试验平台发展的引导和支持力度。顶层规划2022年2月,美国国防部与多家美国军工企业开展线上对话,探讨如2022年,世界各国都加大了高超声速技术的研究投入。美国持续推进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,成功试飞多个型号的高超声速导弹,高超
3、声速飞机的研究顺利推进;俄罗斯首次将高超声速导弹用于实战;英国、澳大利亚和日本等多个国家也在积极开展高超声速技术研究。李茜/中国航发涡轮院何加速发展高超声速作战概念。会上,美国国防部一方面强调将与行业持续交流,以满足美国国防部对进攻性和防御性高超声速武器的需求;另一方面还强调有必要扩大获取建模能力和试验设施的途径,采用“经常试验、快速失败和学习经验”的方法,加快高超声速系统和高超声速防御系统的部署。2022年7月,美国国防部高超声速领域负责人迈克怀特(Mike White)在高超声速论坛透露,国防部已在制定名为“国家高超声速倡议2.0”(NHI2.0)的顶层战略,旨在创造一个更强大的能力通道和
4、采办生态环境,以负担得起、负责任和稳健的方式大幅加快美国高超声速技术发展,获得破坏性和先进的作战能力。NHI2.0是美国最新的国家级战略规划,系统性布局了高超声速能力与支撑领域的发展方向,以谋求军事能力的长久优势。高超声速飞机研究继2018年首次公布高超声速飞波音公司新型“女武神”高超声速飞机模型16航空动力 I Aerospace Power 2023年 第1期回顾与展望 Review&Outlook赫尔墨斯公司完成高超声速飞机发动机地面试验“观星者”高超声速飞机概念图机方案之后,波音公司在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
5、相比,新版本显示出更多的“乘波体”外形,中央机体更为平坦,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涡轮基组合循环(TBCC)发动机为动力。为了应对高超声速时遇到的高温,波音公司可能采用了“热结构”设计,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”高超声速无人机的扁平状机头有助于提高飞机的隐身性。同时,赫尔墨斯公司的高超声速飞机研究开展顺利。2022年6月,赫尔墨斯公司宣布已完成“夸特马”(Quarterhorse)高超声速飞机发动机“奇美拉”(Chimera)的地面试验。2022年12月,赫尔墨斯公司宣布选定了
6、普惠公司的F100-229涡扇发动机作为“奇美拉”II组合循环发动机的涡轮基,此举可节省数十亿美元的研发成本,并缩短数年研制周期。2022年6月,美国维纳斯航空航天公司披露了“观星者”高超声速飞机概念,这是一种速度达Ma9的高超声速飞机,从美国飞往日本只需1h。“观星者”高超声速飞机采用新颖的外观设计、下一代发动机技术以及先进的冷却装置。该公司现已生产了一个发动机原型,并利用高超声速风洞和推进试验设施进行了多次地面试验,在休斯敦太空港也开展了一次地面试验。按照计划,将在2023年启动亚声速和超声速缩比无人飞行器的飞行试验。高超声速导弹研究2022年,美国国防部牵头,国防预先研究计划局(DARP
7、A)、空军研究实验室(AFRL)、美国海军等启动了多项新的高超声速导弹项目(详见表1),并在多个高超声速导弹飞行试验项目中取得成功。飞行试验平台建设2022年9月,美国国防创新小组(DIU)发布“高超声速和高节奏机载试验能力”(HyCAT)项目通知,谋求依托商用高超声速飞行器技术,开发一型新的高超声速飞行试验平台。HyCAT平台要求具备以下部分或全部功能:能够对高超声速系统及其组件(包括推进系统、热防护系统和材料)进行响应性和长寿命试验;检测和跟踪传感器;通信系统和组件;环境传感器;制导、导航和控制系统及部件;其他高超声速飞行器部件;操作环境中的集成17航空动力 I Aerospace Pow
8、er 2023年 第1期回顾与展望 Review&Outlook的、具有代表性的高超声速试验飞行器。2022年10月,美 国 国 防 部 表示,由莱多斯公司控股的动力系统公司(Dynetics)赢得了“多军种先进能力高超声速试验台”(MACH-TB)项目的合同。动力系统公司将项目类别项目名称项目进展高超声速助推滑翔导弹战 术 助 推 滑 翔(TBG)2022年3月,DARPA试飞了战术助推滑翔(TBG)原型弹,为美国空军的空射快速响应武器(ARRW)项目的研发降低了风险,这两个项目共享了楔形的高升阻比布局作战火力(Opfires)2022年7月,DARPA在新墨西哥州的白沙导弹靶场成功进行了首
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