這次進行試驗的HSTDV則是印度的首次高超聲速飛行試驗-高超-泰州新闻夜班车

高超-這次進行試驗的HSTDV則是印度的首次高超聲速飛行試驗

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【试驾奥迪致人身亡】

這其中,超燃衝壓發動機是潛力最大,各國研製最為積極的。

咱們首先還是得再說明一下,高超聲速試驗,在這裡實際上應該是指“高超聲速氣動飛行器”——也就是在大氣層內能夠進行平飛或者降低高度較為緩慢的,距離較遠的飛行——這和彈道導彈再入時達到十幾、二十馬赫速度的概念不同,傳統的彈道導彈彈頭再入實際上仍然按照彈道飛行,與大氣摩擦產生的高溫實際作用於彈頭的時間較短,所以主要是考慮採用可燒蝕材料,通過“犧牲”彈頭外部的材料,來避免彈頭內部設備和結構被燒毀。而高超聲速氣動飛行往往需要耐受較長時間的高溫,同時還需要有一定的控制手段,來控制飛行器在大氣層內飛行的姿態。

相比之下,這次進行試驗的HSTDV則是印度的首次高超聲速飛行試驗,這是國防研究與發展組織之前就已經說了的——預計飛行速度將達到6馬赫以上(當然,實際試飛中沒達到……算是窮小子試圖加入高端俱樂部,卻因為沒帶夠錢,被趕了出來?),不論超燃衝壓發動機點不點燃,都將是印度的第一次,都可以說加入了“俱樂部”(話說印度人可能受英國影響深,老喜歡用“俱樂部”這個說法,或許因為這個詞兒聽起來比較高端大氣上檔次?)。

那麼這方面的最新進展如何呢?

印度在軍事領域吹的“牛皮”很多,高超聲速不過是最新一例。HSTDV實際展示的印度高超聲速動力系統試驗和設計水平究竟如何,與世界最先進水平差距何在?

美國Hyfly超燃衝壓發動機試驗平臺,印度根本沒進行過這種驗證超燃衝壓技術基本概念的試驗,突然就搞出三維側壓式進氣道的東西了,這從側面說明——有錢能使俄羅斯推磨……

舉國之力比不過一個大學——淺析印度“高超聲速”技術水平

那麼實用的高超進氣道設計應該是什麼樣呢?我們看美國的X-43A,它第一次嘗試了在升力體機身下方設置了進氣道,後面有擴散段,只是這段進氣道當中沒有噴油和燃燒室,實際上它就是用於驗證“高超聲速三維側壓式進氣道”的驗證機。經過X-43A的驗證後,美國將這種進氣道運用在了X-51A驗證機上。

因此,高超聲速飛行技術的難度遠比彈道導彈的彈頭高速再入大氣高。

美國的航天飛機在再入階段就是一個典型的高超聲速滑翔飛行器,也可以說是這一方面目前為止較為先進的技術代表,也是美國對於能以較短時間掌握可實用高超聲速滑翔導彈系統的底氣所在。當然了,美國航天飛機已經多年不搞,目前正在積極試飛的高超聲速中程導彈的再入飛行器也和航天飛機的外型完全不同。因為航天飛機雖然技術性能相當驚人,但尺寸重量過於臃腫,不適合用來直接作為彈葯使用。

當然,買到了技術,自己復刻出來,並且試驗成功,這也是一個很難的過程——印度人已經通過第一次試驗失敗,展示了這確實挺難……

基本上來說,它的進氣道是俄羅斯上世紀90年代進行驗證的三維側壓式進氣道,其基本外形和俄羅斯90年代初就曾在莫斯科航展上公佈的Kh-90導彈非常接近,而俄羅斯拿這東西上航展,其潛臺詞就是可以出售……

我們可以看一下我國和美國最早進行超燃衝壓發動機測試的平臺,美國早期有一個HyFly計劃,也就是我們國內經常稱為“快鷹”的,從它的進氣道試驗的圖可以看出,它的進氣道設計基本和我國的“凌雲”(2012年首飛)實驗平臺進氣道相似。

有人說,雖然印度的試驗水平看起來是低了些,但它畢竟靠這次試驗,擠進了世界上少數研究高超聲速技術的國家行列(目前這方面開展研究並且有一定技術成果的包括:中國、美國、法國、英國、日本等),那麼——一個神推論是——取得成功就只是時間問題。

本周,印度媒體欣喜異常的宣佈,該國成功進行了第一次高超聲速試驗。試驗中使用一枚“烈火1”中程導彈作為助推器,將代號HSTDV(高超聲速技術驗證機)的試驗飛行器發射升空。但稍後有印度媒體出來拆臺,說試驗出現意外,導彈並未將試驗飛行器加速到設計的6馬赫飛行速度,未能構成超燃衝壓發動機點火試驗的條件。

沒有大量的試驗試飛,根本不可能獲得足夠的數據進行後續的研究,也就無法改進設計和找到原始設計不合理的地方,就不會有進步,圖為X-51A驗證機

當然,之後從試驗轉向實用,大家都放棄了航天飛機的基本外形,改為採用旋成體和升力體設計。

這種進氣道的外型看起來和早期噴氣式戰鬥機和一些導彈上常用的進氣道相似,蘇聯早年進行的超燃衝壓發動機試驗的進氣道也是這個類型,稱為“常規高超軸對稱進氣道”,這種進氣道通常只能適應6馬赫以上的飛行速度,因此主要用於超燃衝壓發動機的最初驗證。

說到這方面,我們可以看一下今年進行公開測試的廈門大學“嘉庚一號”,它的試驗項目之一就是測試新型高超聲速發動機進氣道設計——筆者肉眼是看不出它的性能如何,但至少我們可以很明顯看到它唇口處的“深V”形狀,但它又和SR-72、FALCON的進氣道有明顯不同,說明兩者的設計上可能基於不同的原理,究竟誰更先進咱們或許以後可以等更多的資料和論文來揭開秘密。

6月12日,印度媒體發佈特大喜訊,印度進行了該國曆史上首次高超聲速試驗。印度媒體歡呼,印度終於“躋身只有極少成員的‘高超聲速’俱樂部”,然而稍後就有印度媒體拆臺說,這次試驗並未按計劃成功,作為助推器的“烈火1”火箭未能將試驗飛行器加速到預定速度和高度,因此未能構成試驗起始條件。

瞭解了上面這些信息,我們反過來再看印度的HSDTV……

我只能說這個看法確實很印度,上世紀80年代印度推動一大批國產先進武器研製的時候,大家也是這麼說的……

而這種三維側壓式進氣道的基礎上,增加諸如支板、頂板、側板、進氣口前掠、後掠等變化,再加上可以改變進氣道截面積的一些設計,就可以獲得較大的速度適應範圍。日本按照理論計算和試驗得到的公開信息中提到,他們已經驗證了能夠適應4-8馬赫速度範圍內工作的5種側壓式進氣道設計方案。當然,日本在這一方面的研究肯定算不上最頂尖的,但通過這種公開信息,我們也可以知道這一領域的頂尖國家是可以將這種進氣道玩出更多花樣的。

衝壓發動機的最大特色是結構簡單,它基本上就是一個結構特殊的進氣管,利用前方高速進入空氣的衝壓效應,使空氣高度壓縮,與燃料結合燃燒噴出——因此衝壓發動機的關鍵就在於這個進氣道的設計。

這次試驗未能達到高超聲速,原因也很簡單,RLV-TD的助推器為HS-9,基本和“烈火1”導彈相似,而這種導彈本身性能就一般,採用固體火箭發動機,最大射程700公里,最大速度2.5千米/秒(約合7.3馬赫),戰鬥部重量1噸(為了攜帶印度笨重的原子彈)。而RLV-TD的重量不爭氣地達到了1.3噸,氣動阻力也遠大於簡捷的彈頭,那麼其在“烈火1”助推器的推動下,最大飛行速度遠低於2.5千米/秒也就很正常了,不過這也是印度ISRO在發射前就已經預計到的,印度官方並未將這次試驗列為印度的首次高超聲速飛行試驗——雖然這倒也不影響印度和一些西方媒體這樣吹噓。

說到這我們也得插一句,由於高超聲速氣動相關領域試驗相關數據積累尚不充分,數字模擬存在相當缺陷,同時由於高超聲速風洞試驗也無法完全模擬實際試飛,因此不管是中國美國還是俄羅斯,都沒有辦法繞過實際試飛測試。因此實際試飛測試的相關數據和情況,才能真正體現在這一領域的研究水平。從這方面目前情況來看,我國由於試驗次數多,試飛平臺多、研究單位多、投入大……取得領先地位並不奇怪,值得警惕的是,目前美國正在大幅度增加這一領域的研製費用,安排了大量的試驗和測試工作,在這樣的大規模集中研究之下,追趕速度很可能不容小覷,要想保持領先地位,可能也只有加大投入力度,絕不能鬆勁。

世界各國通常首先會進行大氣層內高超聲速滑翔飛行,或者使用火箭動力的高超聲速飛行試驗,因為超燃衝壓發動機技術難度非常高,通常不會在第一次高超聲速試驗時進行測試。

然而當印度舉全國之力,進行了一次技術含量還不如廈門大學主導的高超聲速試飛,還因為非常基礎的原因而失敗的情況下……或許這個“時間問題”,確實不是一般的大了。

至於“國家隊”那些使用更大型的火箭,飛行速度更高,試驗水平更高,更加昂貴,更加先進的試驗項目,以及若干已經或者接近形成實戰能力的實用化的導彈項目——“過於先進,無法展示”……當然,在時機合適的時候大家肯定可以看到。

相比之下,吸氣式動力的高超聲速飛行器,因為其可以通過空氣中的氧氣和自帶的燃料維持較長時間工作,可以顯著提高性能,是未來進一步拓展高超聲速飛行技術的希望所在——總不能未來的高超聲速飛機每次飛行都要用一個大火箭給它發射上去吧?

而印度在這方面也已經走出了第一步,他們在2016年5月23日發射了外型類似航天飛機的RLV-TD驗證機——但許多媒體指出該機體回收後外型乾乾凈凈,沒有在高超聲速飛行中與大氣摩擦燒蝕的跡象——這個問題其實從印度政府航天組織ISRO的官方網站上能得到答案,該機在試飛中,最大速度4.8馬赫,再入速度3.9馬赫——換言之,實際上它遠未達到高超聲速滑翔,只是超聲速滑翔(沒有達到5馬赫以上的速度)。之所以將5馬赫定為高超聲速的下限,是因為在超過5馬赫後,飛行器設計的首要關鍵因素就轉為了熱防護,所以,RLV-TD沒有出現明顯燒蝕跡象也就順理成章了。

這種進氣道設計的缺點在於,它基本沒辦法和飛行器的總體設計進行配合,要求飛行器的氣動外形只能是一個“大管子”。但高超聲速飛行器的氣動外形設計又要求採用升力體這類的外型,所以常規高超軸對稱進氣道無法和機體外型結合,發展潛力有限,基本也就用於初期測試。

但是我們可以看得出的是,中國在超燃衝壓發動機進氣道設計方面正在進行扎扎實實的工作。而且,別忘記“嘉庚一號”只是中國一所大學主導的實驗項目——此前我國公開的還有包括“星空1號”、“重慶兩江之星”等明確用於高超聲速技術試驗的火箭。

不過,也正是由於航天飛機的示範效應,中俄的最初高超聲速滑翔飛行器的外型也都和航天飛機類似,俄國的“暴風雪”號航天飛機乾脆幾乎就是照抄,而我國的“神龍”的基本外形也沒有脫出這個概念。

而目前可以用於高超聲速飛行器的動力系統,又包括超燃衝壓發動機、渦輪發動機(需要搭配使用進氣快速冷卻技術,將來流溫度和速度顯著降低,進一步降低可以將空氣中的氧氣直接液化,可以帶動液體火箭發動機)、亞燃衝壓發動機(也可以勉強達到稍超過5馬赫速度,不過需要使用更加複雜的進氣道,效率較差)、組合循環發動機(在高超聲速條件下工作的時候其實也是超燃衝壓)幾種。

……廈門大學搞一個高超聲速驗證火箭,技術含量就已經遠超過印度DRDO……所以你覺得呢?

[文/ 觀察者網專欄作者 席亞洲]

X-43A雖然並沒有動力,但是從它的試飛中,美國對於三維側壓式進氣道的基本設計進行了驗證,從而為X-51A的試驗奠定了基礎

此外,本周阿曼灣海域突然出現炸彈事件,事件真相至今撲朔迷離。但近期美伊關係緊張的背後,體現出的是伊朗長期以來關於本國軍事實力的“牛皮”實在是綳不住了——在軍事實力存在嚴重缺陷的前提下,伊朗近年來積極開展“戰略破局”究竟是福是禍,本文第二部分將稍作展開。

我們註意一下美國SR-72驗證機的模型,以及原計劃在HTV-2之後研製的HTV-3等驗證機的示意圖,可以發現它們的進氣道設計和X-51A相比又有不同,外型上的顯著特點是進氣道唇口有一個巨大的“深V”缺口。這就是所謂的“高超聲速內收縮進氣道”,這種進氣道的原理與前述的三維側壓式進氣道又有不同,結構更加簡單,重量更輕。而且在此基礎上進一步發展的“前體-內收縮進氣道一體化”設計可以進一步避免前提附面層進入進氣道,對於提升性能更加有利。在美國FALCON(原HTV-3)和SR-72上使用的就是這種進氣道的一種形式:“吻切波錐乘波前體,複雜進口轉圓形出口內收縮進氣道”。

基礎不牢,地動山搖,印度作為一個科技基礎相當薄弱的國家,強行要“有聲有色”,那確實也只能靠搞一些似是而非,表演意義遠大於實際的試驗,來豬鼻子里插大蔥——裝象了唄。

由於它的首次試飛未能達到預計的測試速度,也就是6馬赫水平,所以我們也不知道它究竟能不能點火成功。但即使成功,也並不能說明印度在超燃衝壓發動機技術領域就很了不起了——但至少它說明,靠買買買,是無法獲得真正最先進的技術的。

我們再來看印度測試的HSTDV飛行器,它的主要研製任務是驗證超燃衝壓發動機,大家都知道,高超聲速飛行器分為高超聲速滑翔和吸氣式動力高超聲速飛行兩種——諸如美國X-15這樣使用火箭動力的高超聲速飛行器,因為火箭實際工作時間很短,其主要的高超聲速飛行階段其實也是滑翔,所以也算作助推滑翔。