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美擬研高超聲速戰術武器初期射程約1100公里

來源:網絡2025-01-26 08:42作者:小小

據中國國防科技信息網報道,美國有觀點認為,美國國防高級研究計劃局(DARPA)不顧一切地投入高超聲速某一技術途徑是有問題的,目前,這一歷時十年的快速全球打擊技術驗證計劃行將結束,除了獲得一些難得的經驗教訓,飛行試驗卻沒有成功。

據悉,DARPA計劃將其重點轉移至短射程的戰術武器,并將發出一項包括吸氣式巡航導彈和無動力助推滑翔武器在內的高超聲速“倡議”。 這一驗證項目如獲批準,DARPA將聯合美國空軍開展研究。美國空軍強烈地希望發展一項高速打擊武器項目,延續其X-51A超燃沖壓發動機驗證機的成功。

DARPA最初計劃實施“綜合高超聲速”(IH)項目,首先進行HTV-2高超聲速滑翔飛行器的第三次飛行試驗。HTV-2在2010年和2011年兩次飛行試驗中僅飛行了幾分鐘,進入速度Ma 20滑翔時即告失敗。IH項目后續將發展能力更強的高超聲速X系列飛機,將進一步提升其性能。

IH計劃受到了波音公司的強烈批評。波音公司表示這項計劃幾乎毫無掩飾地為資助洛馬公司HTV-2第三次飛行提供借口,并且認為HTV-2不適宜飛行。但DARPA在發布其修改的計劃時,沒有回應對HTV-2的反對意見,只是表示第三次飛行試驗不會過度消耗高超聲速研究資源。

由于五角大樓將中國視為威脅,DARPA這項倡議將驗證能夠在防區外發射、突破一體化防空系統,并能夠對目標實施敏捷打擊的高超聲速武器。該倡議的吸氣式和助推滑翔武器各有難點,也與HTV-2的難點不同。但DARPA相信在HTV-2項目中得到教訓是有價值的。

DARPA計劃主管彼特·艾伯蘭德指出,取消HTV-2,原因主要有兩點:一是美國給予HTV-2投資,是出于對高超聲速能力有某種依賴,與X-30空天飛機下馬類同,那是個令人興奮的年代;二是發展一種新的高超聲速飛行器還需使現有的設計方案充分可信。

HTV-2兩次失敗的飛行試驗令人感到意外,第一次是由于氣動,第二次是由于熱結構。艾伯蘭德說,查清事故原因“要求我們動用在高超聲速領域的所有能力”,需要一支由政府、公共機構、NASA、導彈防御局、企業和學術界組成的團隊。

艾伯蘭德表示,決定不再試飛第三架HTV-2的主要原因是受到前兩次飛行試驗的影響,因為“已對HTV-2各技術領域存在的巨大風險有了充分認識”:首飛認識了氣動與飛行性能的風險,第二次飛行認識了高溫承載式氣動外殼的風險。第二個原因是將第三次飛行技術價值與成本進行了比較,第三個原因是將HTV-2項目投入資源的價值與其他高超聲速驗證項目進行了對比。艾伯蘭德指出,“我們已經學到很多,再飛一次有何意義?”

空軍研究實驗室的Ma5、以超燃沖壓發動機為動力的X-51A在4次飛行中已取得了2次成功。而DARPA的Ma6、以超燃沖壓發動機為動力的導彈驗證機HyFly經過3次飛行失敗后,其兩架HTV-2也遭到失敗。艾伯蘭德指出,作為工程中常見案例,從失敗中學到的知識要比從成功的更多,HTV-2事故調查將產生更健全的高超聲速設計工具,將提高未來取得成功的可能性。

為了確保能夠消化吸收已取得的經驗,HTV-2項目將延續至明年夏天,“從第二次飛行中獲取的技術經驗,將用以改善高溫合成氣動外殼的設計工具和方法”。飛行后調查獲得的數據將應用于補充的地面試驗,以及改進承載式熱結構模型的設計,綜合考慮“如何加熱,材料特性、不確定性和變量,如何用建模和仿真來預測熱應力和響應”。

以高超聲速遠距離滑翔20分鐘大約3000nm(約5496km)的HTV-2,需要采用高升阻比和碳/碳結構的細長體飛行器,才能夠承受長時間高溫飛行。在2010年4月首次飛行中,當不利偏航超出了飛行器控制能力時飛行試驗失敗;在2011年8月第二次飛行中,當氣動外殼開始退化產生氣動擾動,導致飛行終止。

“從第一次飛行清楚地看到,我們對于氣動設計方法的推算不足以預測飛行行為。”艾伯蘭德說,“在第一次飛行結束到第二次飛行前,我們重新進行了地面試驗,并利用新工具重新進行氣動基礎設計。在第二次飛行中,這些改進十分有效,即使在非常不利的飛行條件下”。盡管如此,所作的改進還是不能挽回HTV-2第二次飛行失敗。

“飛行彈道變化使氣動熱環境比第一次飛行更加惡劣。” 艾伯蘭德說,“我們利用有限的儀表測量數據重現失敗過程,最可能的原因是結構退化。熱應力導致失敗。”盡管飛行器保持了結構完整性,但小范圍溫度梯度導致材料局部破壞,產生了氣動擾動。

“我們從第二次飛行中獲得了關于如何設計耐熔復合材料的經驗,進一步認識了如何在熱應力下建立熱結構模型。”艾伯蘭德說,“我們學到了關于材料特性的可變性和不確定性的關鍵知識。這就是為什么我們繼續支持修正模型用于解釋材料和氣動熱變化的原因。”

現在,DARPA正在改變其高超聲速研究重點,將任務范圍從全球打擊轉向戰術打擊。射程600英里(約1100千米)的吸氣式武器可以直接利用X-51,而助推滑翔式超過600千米的射程是HTV-2與眾不同之處。“要達到這樣的性能,我們必須著眼于研究高升阻比(L/D)與魯棒控制性能。熱管理是HTV-2存在的另一個技術問題。我們需要魯棒的能量管理,并且考慮經濟可承受性。”

助推滑翔要解決的問題,還包括如何設計成能夠進行空中和地面發射的武器。艾伯蘭德說,“質量和體積的約束條件是不同的。以前全球打擊要求有很高的長細比;將來我們必須大力創新,在不要求高長細比情況下獲得高升阻比。”另外,“軌道再入速度更低,而且助推器問題可能更容易解決。全球打擊助推器存在的問題是還不能將運載系統設計為能夠置飛行器于理想的滑翔起始點,我們必須讓飛行器按照與原來不同的彈道飛行。”

DARPA相信HTV-2的經驗將是有用的,“HTV-2提供了關鍵的技術知識,使我們能夠設計出未來可快速全球打擊的助推滑翔飛行器。我們取得了巨大的進步,知道了我們要做什么樣的地面試驗和飛行試驗,才能設計出氣動和熱結構”,艾伯蘭德表示,“由于地面試驗的局限性,如果沒有飛行試驗,我們無法學習到上述知識。我們知道了后續怎樣利用建模、仿真及地面試驗,來為設計出成功的系統增加信心”。

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