[原创]10倍音速成功,美帝为啥忿忿不平?聊聊“助推—滑翔”技术的前世今生~~


最近兔子很嚣张啊,10倍音速试验一出,鹰酱脸都气绿了有木有!到底老美为啥这么在意,那还得从“助推—滑翔”技术说起

众所周知,弹道导弹与飞航导弹一直以其各自的优势在战争中发挥着重要作用. 其中, 弹道导弹通常具有射程远、飞行速度快、威力大等优点;飞航导弹则具有快速反应、机动灵活、打击精度高等优点.

随着拦截技术的发展,弹道导弹的突防与生存能力正面临极大挑战;与此同时, 近年来美军打击“时间敏感性”目标的需求, 也迫切地需要建造一种可以从本土发射的, 远距离、机动灵活的精确制导武器。飞航导弹射程较小, 也难以满足要求.

因此, 有必要发展一种结合弹道导弹与飞航导弹优点的, 射程远、精度高、机动灵活的新概念导弹.这就催生了助推—滑翔式再入飞行器技术的不断发展。

一、高超音速“滑翔”飞行器概念的提出与发展历史

早在1933年,德国科学家Eugene Sanger提出了一种名为“Silbervogel”(银鸟)的高超声速概念飞行器.它可以通过液体火箭发动机从地面助推飞行至近地轨道高度,然后以一系列减幅振荡曲线般的跳跃、滑翔轨迹返回地球表面。其弹道就是“Sanger弹道”;

此外,1948年秋天,钱学森教授在美国火箭学会的年会上提出了一种洲际飞行的火箭助推—再入大气层滑翔飞行的运输系统,其弹道就是“钱学森弹道”。

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传统弹道与“钱学森弹道”的对比

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钱学森弹道与Sanger弹道的对比

<?xml:namespace prefix = v ns = "urn:schemas-microsoft-com:vml" /><v:shape style="WIDTH: 372pt; HEIGHT: 180pt" id=_x0000_i1025 type="#_x0000_t75"><v:imagedata o:title="传与钱" src="file:///C:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\msohtml1\01\clip_image001.jpg">Sanger的“银鸟”飞行器与钱学森的火箭飞机都采用了助推一滑翔轨迹,但两者的设计轨迹却不完全相同.不同点主要集中在再入滑翔段。Sanger的Silbervogel飞行器采用一种具有一定跳跃、波动幅度的滑翔轨迹,可称为Sanger弹道或再人跳跃滑翔弹道;而钱学森的火箭飞机采用一种几乎没有波动的平坦滑翔下降轨迹,可称为钱学森弹道或再入平坦滑翔弹道.从生成机理上来说,两种滑翔弹道都是利用气动升力产生的.之所以产生两种不同形式的弹道,与其升阻比、再入点条件、控制方案等有关.</v:imagedata></v:shape>

<v:shape style="WIDTH: 372pt; HEIGHT: 180pt" type="#_x0000_t75"><v:imagedata o:title="传与钱" src="file:///C:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\msohtml1\01\clip_image001.jpg">

二、美国“助推—滑翔飞行器”的研究

二战后,美国获取了德国科学家Sanger的研究资料,美国开始了助推—滑翔飞行器的研究,其中富有代表性的计划包括 BOMI、Dyna2Soar、BGRV、HGV、CAV等

1、BOMI计划

1951年, Bell航空公司基于 Sanger飞行器的设计, 开始了洲际助推滑翔飞行器研究,这项设计引起了美国空军的关注.。1954年, 空军与 Bell航空公司签署合同, 计划研究远程高超声速助推滑翔飞行器BOMI (Bomber—missile)。

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BOMI的实质是助推火箭+高升阻比滑翔飞行器

BOMI最终报告指出:助推—滑翔飞行器的概念是可行的,未来具有广阔的前景。

无独有偶的是,20世纪80年代欧洲计划发展的赫尔墨斯航天飞机就采用了类似的理念,该方案不同于美苏的外挂火箭助推器方案。赫尔墨斯航天飞机是一种可以重复使用的有翼高超声速滑翔机,上升时本身没有动力,靠阿里安5号火箭发射。由于经费和技术问题,赫尔墨斯计划已取消。

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几种航天飞机方案的对比

2、Dyna—Soar计划

1957年,苏联人造卫星上天,刺激美国加快超音速载人飞行器的研究。美国政府合并了包括BOMI计划在内的三项超音速飞行器计划,发展为Dyna—Soar计划(全称Dynamic Soaring,字面意思“动力高飞”)。

它与 BOMI相似, 仍然延用助推级+滑翔级结构.。Dyna—Soar利用 “大力神”火箭作为助推级, 可以被助推至近地轨道或亚轨道。因此, Dyna2Soar既可以完成轨道任务, 也可以完成亚轨道任务。在近地轨道, 可以进行卫星回收, 人员输送, 对地侦查及测量等; 在亚轨道, 可以远距离滑翔飞行并轰炸地球目标。

1963年,因与美国空军的“空天飞机”计划重叠,Dyna—Soar计划取消。

虽然最终取消,但该计划热仍极大地刺激和带动了包括地面测试技术、气动热力学、热结构防护、系统工程等的发展, 为后续技术的发展产生极为深远的影响。

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3、BGRV计划

1968年美国进行BGRV飞行测试(BGRV 是Boost2Glide Reentry Vehicle 的缩写, 译为助推—滑翔再入飞行器)。BGRV仍然采用多级导弹结构, 滑翔级采用细长锥头柱体外形, 助推级为 Atlas导弹。BRGV计划其实是一种机动弹头计划。或者可以说,弹道导弹的机动弹头技术充分利用了“助推—滑翔”技术,以得到更远射程、更高再入速度,具有良好气动和飞行性能的机动弹头。

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机动弹头的机动动作可以采用舵面控制

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美军导弹上配备的MK500机动弹头,弹头前部弯曲的角度是固定的,因此产生升力的数值也是固定的。但升力方向可采取滚转弹头来实现。而滚转弹头可通过移动弹头内的配重,从而改变质心来实现。据说老毛子的“白杨M”也是通过改变质心来机动滴

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鹰酱测试过的“三叉戟”导弹弹头

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BGRV试验成功地测试了喷气反作用力与气动力对滑翔飞行的联合控制。当然不管采取何种手段进行机动,弹头的外形决定了其升阻比远远小于高升阻比的滑翔飞行器。直到1987年,美国又开始进行HGV计划(HGV全称Hypersonic Glide Vehicle,意为高超音速滑翔飞行器),才全面复兴了Dyna—Soar计划的思路。计划中滑翔机采用三角形升力体外形,由火箭搭载升空,据说这是一种新型战略核导弹的设计。

4、大名鼎鼎的HTV系列的前世今生

伊拉克战争后,美国对远程快速精确打击能力产生了迫切的需求。2003年6月,美国国防高级研究计划局(即DARPA)与美国空军联合制定了“猎鹰”计划(即FALCON,从美国本土运送和应用兵力计划)。

FALCON计划主要由三个部分构成:

(1) 低成本/及时响应的小型运载火箭系统(SLV),这个没什么高科技的, 兔子现在应该也有这技术;

(2) 通用气动飞行器(CAV)。这就是本文的重点啦,它是一种火箭助推

的弹药投送系统,升入高空后采用无动力滑翔,可以高超音速打击全球任何目标。大家想想,它是不是同上述BOMI、Dyna2Soar、BGRV、HGV计划一脉相承呢?

(3) 可重复高超音速巡航飞行器(HCV),要求能在常规军用机场起降,携带5400千克有效载荷在2小时内进行全球打击。目前看来,这更是“天顶星”技术了,短时间内实现不了。

CAV计划得到美国国会在2004、2005财年的充分预算支持。根据美国说法,国会考虑到避免各大国对项目的目的“误判”,要求CAV只能用于“非武器”目的,[b]不能用于弹道导弹CAV的研究。考虑到限制条款,2006年布什政府的国防预算报告为获得国会支持,将项目名称改为“高超音速技术飞行器”HTV,陆续推出了HTV-1、HTV-2、HTV-3X方案。

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说到这里,不得不说,美国人这种改改名的“换汤不换药”做法实在是可笑,西方媒体也有意无意的在报到时沿用了这一说法,宣称美国在进行无人机试验云云。凭什么美国的HTV-2飞行器叫“无人机”,中国的WU-14(暂时用这个称呼吧)一经公布就被扣上“弹道导弹”的名称?这样是不是更加凸显中国的某种“进攻性”,在西方读者脑海里形成中国的一种负面印象?这是西方世界掌握强大宣传机器对中国施压的又一个力证。

说白了都是新型的弹道导弹载体,机动性很强,导致现有的中段拦截技术很难奏效。中国和美国干的不都是一样的活,蒙谁呢,何况美帝还早两年干呢?套用一句话,都是千年的狐狸,你跟我玩儿什么聊斋啊!?呵呵(此处呵呵≈鄙视)

三、鹰酱HTV的现状及兔子的助推—滑翔式再入飞行器

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由上图可以看出,老美的FALCON计划是采取循序渐进的模式。第一步,10马赫这一档次的HTV-1目标是无动力受控飞行800秒(约13分半);第二步,20马赫这一档次的HTV-2目标是无动力受控飞行30分;第三步,HTV-3X作为更为先进的可重复使用有动力的HCV的雏形,将接受高声阻比气动外形、可重复使用耐高温材料、热控制、涡喷—冲压组合引擎等一系列关键技术的试验。

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然而,在HTV-1面临材料问题尚不成熟之时,HTV-1竟然被军方DARPA

和洛克希德马丁公司撤销,跳过HTV-1而直接进行HTV-2试验!不能不让人怀疑是不是“冒进”(HTV-3因预算不足后也取消)。于是硕果仅存的HTV-2进行了试验。

果不其然。2010年4月22日,HTV-2项目的第一次试飞展开,在美国西部的范登堡空军基地发射场,使用轨道科学公司的米诺陶-4型固体运载火箭发射升空,目标任务是以马赫20的极高音速飞行7700千米,在30分钟内横跨大半个太平洋,最终到达美国在太平洋中部的夸贾林环礁靶场。虽然火箭发射正常,HTV-2飞行器也成功再入大气层,但是,飞行9分钟之后HTV-2飞行器进入猛烈地翻滚,自动驾驶仪丧失了控制能力,宣告“命令飞行终止”,最终,飞行器失去联络,推定失控坠入太平洋。2011年8月11日,HTV-2B进行第二次试飞。然而面临同样问题,飞行器失去联络坠入太平洋。

按美帝的说法,两次实验取得了“部分成功”(呵呵,鹰酱挺幽默的,飞行器都失踪了叫部分成功)。其实据专家分析,两次实验失败看似由于飞控和激波扰动的气动问题无法解决,而深层次原因是因为缺少适用的高超音速风洞!在缺少风洞实验数据的支持下,美帝贸贸然以“实践”代替必要的“风洞实验”,失败率不高才怪!

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进行高超音速飞行器的研制离不开风洞反复试验

有人说,那兔子达到有这样的风洞嘛,有!还真有!大家看2012年9月3日的一则央视新闻

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2012年5月中国新启用了一部JF12激波高超声速风洞——全世界规模最大的同类风洞,可以模拟5倍到9倍音速之间的飞行条件。 这或许才是中国军工尖端科研工作者的的最大底气。

套用新闻一段话“中科院组织权威专家对JF12风洞进行验收。专家委员会一致认为,该项目面向国家重大科技项目和学科基础研究需求,利用中科院力学所独创的反向爆轰驱动方法及一系列激波风洞创新技术,研制成功了国际首座可复现25—40公里高空、马赫数5—9飞行条件、喷管出口直径2.5米/1.5米、试验气体为洁净空气、试验时间超过100毫秒的**型高超声速激波风洞,整体性能处于国际领先水平。该风洞具有高超声速飞行器试验的地面复现能力,为我国重大工程项目的关键技术突破和高温气体动力学基础研究提供了不可替代的试验手段。”

现在中国试验成功了,大家明白这风洞是干什么用的吧!而鹰酱暂时还没有这样先进的风洞(据说14倍音速风洞正在研制,啥时候成功不知道)。中国是有多大碗吃多少饭,没有那金刚钻别拦那瓷器活,这次试射的东西还真就是马赫10,推算还真就是800秒左右。美帝当然有紧迫感

四、为啥助推-滑翔技术那么牛

为啥牛?因为它让现在的反导技术无解!

1、首先,现在的反导技术是一整套系统。防御方需部署一整套雷达、卫星来判断弹道导弹的弹道,由于滑翔式再入弹道飞行高度低且可做横向机动,导致雷达发现时间晚,拦截窗口非常小;

2、现在比较成熟的是“中断拦截技术”,拦截器在中断进行拦截,本质上它就是一类似航天器的物体,头部是传感器,用于捕捉弹头,通过类似嫦娥三号的调姿发动机那样的变轨推进器进行机动拦截,这样的物体在浓密大气层中必须躲在整流罩后面,而对于大部分时间都在大气层内的助推—滑翔飞行器来说显得无可奈何。

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10倍音速成功,美帝为啥忿忿不平?聊聊“助推—滑翔”技术的前世今生~~

你说我不进行中断拦截,我改为进行末段拦截行不行?开玩笑吧,爱国者的拦截弹速度只有6马赫,现阶段即使助推-滑翔飞行器只有10马赫,拦截难度也是极大极大地。何况这家伙飞行模式类似飞机,运动规律复杂,极易使对方所假设的运动模型失配。

那你又说,我搞高科技,用激光灭了它行不行?还是不行!因为助推-滑翔飞行器在浓密大气中飞行时间长,本身就采用了低烧蚀性的复合材料,配合一系列隔热措施保护内部不被高温侵蚀,可以说其防热难度远远高于航天飞机更别说宇宙飞船了。你说激光照在这玩意儿身上用处大嘛?

3、助推-滑翔飞行器还有更绝妙的一招:天基部署!

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未来还可以平时就打几个助推—滑翔飞行器上去,平时处于休眠状态,一旦有事立即攻击。而且由于没有助推火箭的上升段,这类飞行器轨道更加难以预测。可以说,那就是悬在敌人头顶上的“达摩克利斯之剑”。

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当然,助推——滑翔飞行器只是高超音速的一种,大部分是无动力的。而实事求是的说超然冲压发动机这一类超高音速飞行器方面我兔还很落后滴,有时间跟大家再聊聊,或者网友收集好资料发上来大家可以一起讨论嘛



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本文内容为我个人原创作品,申请原创加分

[ 转自铁血社区 http://bbs.tiexue.net/ ]

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