德国对海拔不同的大口径长距离列车炮进行了测试,发现在海拔较高的地区发射炮弹时,炮弹的射程比用低海拔发射时明显增加。德国科学家推测炮弹在飞行中具有一定的迎角。在特定的大密封度中,有着高的上升阻力比。所以,可以在更远的距离滑行。
1940年,德国火箭专家圣格尔设计的“银鸟”天空轰炸机由火箭发射,离开大气层后,以特定角度高速进入大气层,在大气层滑翔。1948年,钱学森研究了收获的德国技术资料后,提出了一个新的构想,如果有足够先进的热防护技术和高速上升阻力比特性,飞机就可以在特定的高度层以高音速继续滑行。
个弹道被称为“钱学森林弹道”,从理论上计算,可以使弹道导弹的射程加倍。优秀的音速技术是高度的技术[7-9],是21世纪航空宇宙技术领域的最高点[10-13],具有前景性、复杂性、产业牵引性和战略意义[14-17],也是国家勘探开发利用空间能力和军队战斗力的重要体现[18-24]。优秀的音速技术的前景促进了我国武器装备的飞跃发展,促使下一代的军事装备的研究开发立足于现代战争的需要,减少了弯路。
项高音速技术的研究涉及航空、宇宙、动力、结构、燃料、材料、环境和控制等学科领域的最新技术[25-29],对这些学科领域的技术提出了新的严格要求。高度音速技术的复杂性和综合性也对这些相关技术领域和相关产业的发展产生了巨大影响。促进了这些学科领域的研究进步。随着超燃冲压发动机技术、耐高温材料技术、高热量燃料、先进的冷却技术和准确的诱导等技术的发展,高度的音速飞行器从构想开始逐渐变为现实。与
弹道导弹不同,高度的音速飞机的飞行轨道可以控制变化,非常复杂,难以预测,很难锁定高音速飞行器。因此,容易突破敌人的反导系统,有效打击敌人的作战部队、基地和重要战略目标,打破敌人的核欺诈。自由出入空间的手段具有战略威吓能力。优秀的声速技术是复杂的系统工程,需要长期的不断发展,通过基础研究和关键技术的突破,综合应用各研究机构的基础研究和学科优势,培养研究高音速相关技术的人才队伍,培养我国高音速技术为术的持续发展提供人才保障。
提出了高度的音速飞行概念后,世界军事大国将高度的音速技术作为战略目标重点发展。90年代,美国、俄罗斯、法国、德国、日本、澳大利亚等地进行了大量的飞行实验,相继获得了重大技术。1.1.1.1美国要加强军事战略的威慑力和打击能力,以迅速到达、深刻打击、在一小时内达到世界任何地方的战略目标,美国首先将先进的声速技术武器作为核战略发展。
目前正在开展多个高速音速导弹和飞机计划。主要有魔剑(excalibur)的高音速导弹计划、“快速霍克”导弹、空地高音速导弹计划、高音速飞行(HyFly)技术演示计划、高超音速试验(Hyper-X)计划、高音速技术(HyTech计划)等。HyFly计划是美国研究高度音速导弹技术的重要阶段。在美国国防部预研局(DARPA)的大力支持下,美国海军积极推进HyFIy验证计划的发展,希望早日开发双燃烧器发动机(DCT)。
HyFly计划于2002年2月正式开始,基于前期研究和技术积累,HyFly计划迅速开始了各项考试。2002年7月,在NASA的高速风洞内,航空喷气式飞机公司进行了DCT发动机。马赫数在6~6.5时的自由喷射风洞试验中,发动机产生了静推力,达到了预期的性能和试验目标。
于2005年1月26日,HyFly计划第一次试飞,完成了非动力发射,验证了导弹和搭载机的安全分离和导弹的诱导和控制性能。同年8月进行了第二次试飞,完成了发动机的点火,飞行速度超过了3马赫。
2005年12月10日,HyFly预定完成FASTT飞机的发射试验。超燃冲压发动机的点火作业超过15s,飞机达到1615m/s,以可控制的方式坠入大西洋。FASTT飞机是以碳氢燃料为推进剂的超燃推进剂引擎为动力的飞机,以HyFly计划的空中发射为基础。2007年9月25日,为了验证DCT的变换、燃料控制、马赫数加速到5的试验,HyFly计划了验证弹,进行了DCT的首次飞行试验。试验时,升压器分离后,由于燃料系统故障,马赫数只达到3.5。考试没有完全成功。2008年1月16日,HyFly预定再次进行发射试验,如图11、图12、图13所示,目标马赫数为6,但由于超燃推力引擎没有按照预定那样工作,验证弹飞行约58s后,落到太平洋。由于
技术的高度音速复杂性,DCT还接近成熟,需要进一步测试才能启动应用程序。图11HyFly计划验证弹风洞试验图13HyFly计划验证弹在战斗机的羽翼下的高超音速测试(Hyper-X)计划[56-58]按照NASA“更好、更快、更便宜”的航空宇宙战略提出,其核心内容是X-43试验机。
X-43有3种类型。根据任务分为X-43A、X-43B、X-43C或X-43D。除了X-43A进行了3次试飞外,其他型号还在开发中。
2001年6月2日,X-43A进行了首次试飞。马上突破路障的瞬间,飞马座火箭发生了意料之外的共振。为了确保测试的安全,自动破坏了X-43A。第一次飞行没有达到预期的成果。测试失败。
2004年3月27日,X-43A进行了第二次飞行试验。X-43A离开火箭后,启动了发动机,在28950米上空飞行了约11秒。马赫数达到6.8316[68-71]。在冲压机工作时间3秒前,将硅烷化学物质持续喷射到燃烧室。这个硅烷可以在空气中自然燃烧。目的是燃烧氢燃料。然后减少硅烷的比例,增加氢燃料的比例,测量不同燃料混合比的发动机性能。如果
氢燃料的比例超过了计算出的理想的燃料混合比例,氢燃料相对于燃料的可持续燃烧比例将最低,直到发动机关闭为止,硅烷和氢燃料的混合物将持续燃烧8秒。X-43A有很多实际问题。那个布局决定重心在后面。实际使用时很难取得平衡。
X-43A为使重心向前移动,鼻圆锥采用高密度钨材料,重量363kg,占整体品质的29%。X-43A发动机采用铜吸热器,进气口采用水冷方式冷却。这样的冷却方式可以用于短时间的冷却,但是长时间的冷却不能实行这样的冷却方式。
氢燃料比碳氢燃料容易燃烧,燃烧速度快,实际飞行时使用的碳氢燃料的燃烧也有问题。2004年11月16日,X-43A第三次也进行了最后的飞行试验,在33528m的上空X-43A的马赫数达到了9.65[77]。氢燃料在10~12秒之间,为了调节氢燃料的喷射速度,调整了最初4秒钟的氢燃料供给压力,比较了硅烷和氢燃料的混合比进行了检查。
受到引擎设计工作条件的限制。X-43A在这次飞行中控制了接触角为1°。与第二次飞行试验相比,第三次飞行的滞后温度约为3038℃,X-43A鼻锥的表面温度达到1982℃,加热