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帖子主题:中国未来高超声速导弹可将敌舰反应时间压缩一半

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中国未来高超声速导弹可将敌舰反应时间压缩一半

中国未来高超声速导弹可将敌舰反应时间压缩一半

又一种新的高超声速飞行器?

随着中国近几年来多次试验高超声速飞行器,“高超声速”这个词也从美国独家的黑科技走向大众化:美国国会议员们动不动就用高超声速飞行器试验来渲染“中国威胁论”;俄罗斯的几家设计局则刨出了自己设计后没钱试验的概念来宣布本国科技同样先进;印度军方也开始在自己的“将”新闻里提出自己的高超声速飞行器计划;各路军事媒体更是开始畅想着用wu-14这样的高超声速飞行器“打航母、打海外基地、突破反导防御”等等,而这其中,有关中国高超声速飞行器的进展最为引人关注。

本次冯如航空科技精英奖上曝光的是中国防科技大学王振国教授带领团队研制的国家重大专项的××高超声速飞行器,在介绍这种已经完成飞行试验的飞行器时,报道使用了“使我国成为继美国之后第二个实现以超燃冲压发动机为动力的高超声速飞行器自主飞行的国家”。根据王振国教授的其他事迹和研究领域,基本可以确定这款高超声速使用我国自行研制的航空煤油再生冷却超燃冲压发动机,飞行速度至少在5马赫以上。

超燃冲压发动机是冲压发动机的一种,即利用进气道对来流空气减速加压,在燃烧室内与燃料混合燃烧后从喷管喷出,对飞行器产生推力。不过普通冲压发动机或者一般的喷气式发动机都需要将空气减速到亚音速以下才能顺利燃烧,而超燃冲压发动机的燃烧室内气流速度则可以超过音速。这一性能特性对于高速飞行器十分重要,为了保持气流在进入燃烧室时速度降到音速以下,进气道必须经过各种复杂设计,当飞行器速度越来越大,达到数倍音速之时,发动机吸入的气流速度也迅速增加,给气流减速的难度也就骤然上升。很多冲压发动机推动的飞行器飞行速度之所以无法进一步提高,其中重要的原因就是更高速度下对于气流的减速难度就会急剧增大,这时候,能接纳超音速气流进入燃烧室并且稳定燃烧的超燃冲压发动机就显出其重要意义。

超燃冲压发动机原理早在20世纪50年代就提出了,但至今尚未实用化,原因很简单,超燃冲压发动机的气流在燃烧室停留时间仅为毫秒级,要让如此高速的气流和燃料混合并且点燃,形同“在龙卷风中点燃一根火柴”,作为发动机,同时还要实现稳定的燃烧并产生可观的推力,技术难度可想而知。

中国未来高超声速导弹可将敌舰反应时间压缩一半

美国X-51A飞行器采用火箭助推器助推达到高速,然后使用超燃冲压发动机推进,然而事实上由于它的超燃冲压发动机推力很小,基本上只能验证超燃冲压发动机是否能够正常启动,并非真正依靠超燃冲压发动机飞行

为了取得较好的试验效果、降低研制难度并增大推力,美苏最早研制的超燃冲压发动机都使用比冲大、燃烧性能好的液氢燃料,理论上可达到的最大飞行速度为25马赫。但一旦涉及实用,尤其是将超燃冲压发动机用于各类军用飞行器时,需要低温贮存、补充困难且成本较高的液氢就显得不太使用,因此美国后来又开始研制使用碳氢燃料的超燃冲压发动机——所谓碳氢燃料,就是添加了各种添加剂的航空煤油。这种发动机的推力性能较差,理论上最大速度只能达到8马赫,但胜在实用。

这一领域最早的突破者是苏联/俄罗斯,其在90年代和21世纪初研制过多款使用液氢的超燃冲压发动机试验飞行器并进行过次数有限的飞行试验,并且有一款实用碳氢燃料的GLL-AP-02高超声速飞行器——后者在2013年莫斯 科航展上出现过,但没有消息指出其进行过飞行试验。美国则是目前在这一领域的领先者。在介绍王振国的研究项目时,另一个被提及的外国型号便是美国的X-51A高超音速飞行器。作为世界上第一种以超燃冲压发动机为动力的高超声速飞行器,它的性能对于判断中国相关型号有着标杆作用。X-51A先后进行过四次试验,2010年5月26日,X-51A首次飞行试验取得成功,速度达到4.88马赫,超燃冲压发动机工作时间140秒。但接下来2011年6月和2012年8月的两次飞行测试都失败了。2013年5月1日,X-51A第四次飞行试验取得成功,最大速度达到5.1马赫,飞行高度18.3 km,超燃冲压发动机工作时间达到210秒,飞行距离426 km,创造了高超声速飞行器的飞行距离纪录。由于其最大飞行速度刚刚突破了高超音速5马赫的门槛,因此有理由相信,同样具备高超音速飞行能力的国产超燃冲压发动机飞行器的速度至少和X-51A相当,并且很有可能超过前者。

中国未来高超声速导弹可将敌舰反应时间压缩一半

我国最早的超声速燃烧研究可以追溯到1987-1992年863计划“天地往返运输系统”论证中对空天飞机的研究,上世纪90年代,在921工程和863计划的推动下,国内多家单位开始了超燃冲压发动机预研,在超声速燃料点火、稳定燃烧、高超声速进气道设计、高超飞行器气动、材料、发动机/飞行器一体化总体设计等方面都取得了进展。还建成了一批相关地面设备。根据公开报道,2011年6月,至少有一种超燃冲压发动机演示验证飞行器实现了首飞。值得注意的是,我国公开的超燃冲压发动机中,有好几款都是以碳氢燃料即航空煤油作为动力来源,这表明我国研制这一系列先进技术的目的直接指向实用化高超声速飞行器。

值得注意的是,X-51A的研制方是美国空军研究实验室(AFRL)与国防高级研究计划局(DARPA),其中的后者投资的都是一些极具技术前瞻性的高精尖“黑科技”,其技术水平往往在全世界都无人出其右。在中国今天总体科技研究水平尚未全面赶超美国的前提下,在高超声速领域能够紧随美国脚步,这无疑是我国相关科研人员的光荣。在中国高超声速试验的刺激下,比中国早几年取得相关领域试验成功的美国已经开始正视中国的追赶,因此可能在近期内扩大相关投资,重新开展X-51A的试飞并加快AHW高超声速导弹的试验和部署进度,试图保持领先地位。

中国未来高超声速导弹可将敌舰反应时间压缩一半

由B-52轰炸机搭载升空的D-21无人机,该机的飞行速度可达3马赫,其发动机为冲压发动机,下方有火箭助推器

超燃冲压发动机技术有着极为重要的意义。目前我国已经完全掌握了(非超燃)冲压发动机的相关技术,比起此前的亚音速反舰导弹,采用(非超燃)冲压发动机的鹰击-91和鹰击-12系列反舰导弹已经将对手的预警和反应时间缩短了2/3。如果超燃冲压发动机实用化问题得以解决,即使不考虑在这基础上开发的各种侦察甚至载人飞行器,单纯将其用于反舰导弹,将导弹速度提升到6马赫左右,便能将敌舰反应时间再压缩一半,仅此一条,就具备重大的军事意义。

2014年以来,有关中国航空航天工业的新闻中能够发现不少与“高超声速”有关的产品和项目:首先是美国人最关心的从山西省五寨导弹试验基地发射的“wu-14”系列高超声速飞行器,从目前的情况看,这是一种使用长征-2号丙运载火箭发射升空,并在接近太空的高度进行滑翔的飞行器;第二种是近日已经交付阎良试飞试验基地并进行过飞行试验的某新型高超声速验证机,根据卫星照片和相关报道,应是由载机投放,使用火箭\冲压串联组合发动机加速的高超声速飞行器;第三种是中航工业庆安公司发动机组刚刚完成方案设计工作的某“串联式涡轮冲压组合发动机”及其配套的高空高速飞机,尽管该机的性能参数尚不清楚,但根据相关消息,该机飞行速度可能达到高超声速的下限(4-5马赫);第四种是这次“冯如航空科技精英奖”中国防科技大学王振国教授带领团队研制的国家重大专项的××高超声速飞行器,以超燃冲压发动机为动力,已经完成了飞行试验。(目前尚无法确证王振国教授团队的获奖项目与在阎良基地试飞的飞行器是否就是同一项目)

那么问题来了,中国为什么要有这么多款不同的高超声速飞行器?

中国未来高超声速导弹可将敌舰反应时间压缩一半

火箭-冲压组合式发动机也叫作整体式固体火箭冲压发动机,俄罗斯Kh-41、3M81“马斯基特”导弹就采用了这种技术,这种发动机可以作为无人机和导弹的动力,如果其冲压发动机系统达到超燃冲压技术水平,就可以实现高超声速飞行

细心分辨不难发现,中国的几个高超声速飞行器不仅隶属单位不同,其研究的目的也完全不一样。中国的高超声速飞行器研究领域广泛,几种不同的飞行器具备不同的军事用途,可以构成一套完整的侦察监视-打击链条。这其中,“助推滑翔”技术可用于未来的战略战役弹道导弹,以及航天飞机。而王振国教授研制的超燃冲压发动机则是新一代高超声速飞机和导弹的关键技术,将这种发动机与涡轮喷气发动机串联,可以得到大型化的战略侦察/攻击机;与火箭发动机串联,就得到小型化的高超声速巡航导弹和无人机,由于火箭超燃冲压串联组合方案研制难度较小,它也可能是早期测试验证机的主要方案。

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美国规划的高超声速武器系统,左上是传统的再入大气层的洲际导弹再入弹头、右上为吸气式动力(超燃冲压)的高超声速巡航导弹、下方为安装了超燃冲压发动机的高超声速滑翔结合飞行器

我们已经可以在新闻里看到这几个研制方向都的相关项目乃至原型机进展情况:WU-14本身没有动力,使用运载火箭助推升空,很容易能获得10-20倍声速的初始速度,研制它主要是为了掌握无动力高超声速飞行器滑翔和高速度情况下进行控制和机动的相关技术。这从美国对WU-14分析中得出“极强的机动性”这一结论相互对应;王振国教授研制的高超声速飞行器则着重解决如何达到高超声速这一难点,其研制的超燃冲压发动机才是项目的关键,因该是验证机;串联式涡轮冲压组合发动机虽然无法确定能够达到高超音速,但其能够满足从0到3倍声速以上全程的特点使得其作为载人飞行器或者自主起降的无人机甚为合适;而在阎良进行测试的小型无人机,如果它不是王振国教授团队研制的产品,那可能就是一种研制难度相对低,可以较快投入实用的高速无人侦察机原型机,也可以将其技术用到巡航导弹方面。

可以预见,围绕高超声速技术的新型飞行器很可能成为中国新一代“杀手锏”技术。

目前的高超声速技术研究主要集中在进攻性领域,未来防御高超音速飞行器无疑也将成为必须考虑的问题。这一轮“魔高一尺,道高一丈”的演变,将成为新军事技术革命的重要内容。一些技术、经济实力稍逊一筹的国家在这轮新浪潮中,国际地位将会进一步降低,从而让国际局势发生新的变化。

让人庆幸的是,中国在这方面已经站到了“第一阵营”之中。而且,参考冷战时代“导弹竞赛”、“太空竞赛”的历史,这轮竞赛中鹿死谁手,犹未可知。

除了高超音速飞行器外,此次“冯如航空科技精英奖”中还有隐身技术、舰载机、大功率燃气轮机等项目获奖,这反映了中国科技实力全方位的进步。现在我们已经知道,我国早在很多年前就掌握了雷达隐身外形设计的关键技术、我国下一代舰载机基本确定将使用弹射起飞方式、我国海军未来大型水面舰艇的动力设备也有了保障。这种踏实感,对于关注中国发展的人们来说,实在是太可宝贵了。

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      2015/10/12 8:22:53

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      早在很多年前就掌握了雷达隐身外形设计的关键技术、我国下一代舰载机基本确定将使用弹射起飞方式、我国海军未来大型水面舰艇的动力设备也有了保障。这种踏实感,对于关注中国发展的人们来说,实在是太可宝贵了。

      2015/10/12 13:59:26

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      呵呵,在以数据处理为主导的防御系统面前,将时间压缩一半还不足以让其招架不住!另外超高速也只有在高空中有意义。

      2015/10/13 10:50:54
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      随着中国近几年来多次试验高超声速飞行器,“高超声速”这个词也从美国独家的黑科技走向大众化:美国国会议员们动不动就用高超声速飞行器试验来渲染“中国威胁论”;俄罗斯的几家设计局则刨出了自己设计后没钱试验的概念来宣布本国科技同样先进;印度军方也开始在自己的“将”新闻里提出自己的高超声速飞行器计划;各路军事媒体更是开始畅想着用wu-14这样的高超声速飞行器“打航母、打海外基地、突破反导防御”等等,而这其中,有关中国高超声速飞行器的进展最为引人关注。超燃冲压发动机是冲压发动机的一种,即利用进气道对来流空气减速加压,在燃烧室内与燃料混合燃烧后从喷管喷出,对飞行器产生推力。不过普通冲压发动机或者一般的喷气式发动机都需要将空气减速到亚音速以下才能顺利燃烧,而超燃冲压发动机的燃烧室内气流速度则可以超过音速。这一性能特性对于高速飞行器十分重要,为了保持气流在进入燃烧室时速度降到音速以下,进气道必须经过各种复杂设计,当飞行器速度越来越大,达到数倍音速之时,发动机吸入的气流速度也迅速增加,给气流减速的难度也就骤然上升。很多冲压发动机推动的飞行器飞行速度之所以无法进一步提高,其中重要的原因就是更高速度下对于气流的减速难度就会急剧增大,这时候,能接纳超音速气流进入燃烧室并且稳定燃烧的超燃冲压发动机就显出其重要意义。

      超燃冲压发动机原理早在20世纪50年代就提出了,但至今尚未实用化,原因很简单,超燃冲压发动机的气流在燃烧室停留时间仅为毫秒级,要让如此高速的气流和燃料混合并且点燃,形同“在龙卷风中点燃一根火柴”,作为发动机,同时还要实现稳定的燃烧并产生可观的推力,技术难度可想而知。

      2015/10/12 22:51:02
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      随着中国近几年来多次试验高超声速飞行器,“高超声速”这个词也从美国独家的黑科技走向大众化:美国国会议员们动不动就用高超声速飞行器试验来渲染“中国威胁论”;俄罗斯的几家设计局则刨出了自己设计后没钱试验的概念来宣布本国科技同样先进;印度军方也开始在自己的“将”新闻里提出自己的高超声速飞行器计划;各路军事媒体更是开始畅想着用wu-14这样的高超声速飞行器“打航母、打海外基地、突破反导防御”等等,而这其中,有关中国高超声速飞行器的进展最为引人关注。

      后者投资的都是一些极具技术前瞻性的高精尖“黑科技”,其技术水平往往在全世界都无人出其右。在中国今天总体科技研究水平尚未全面赶超美国的前提下,在高超声速领域能够紧随美国脚步,这无疑是我国相关科研人员的光荣。在中国高超声速试验的刺激下,比中国早几年取得相关领域试验成功的美国已经开始正视中国的追赶,因此可能在近期内扩大相关投资,重新开展X-51A的试飞并加快AHW高超声速导弹的试验和部署进度,试图保持领先地位。

      2015/10/12 17:02:18
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      2015/10/12 13:59:26

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