美国高超声速导弹现状及发展趋势研究

近年来,美国多措并举,大力推动高超声速武器研制进程,同步发展多个高超声速导弹项目。为深入了解美国高超声速导弹的最新发展情况,明确其未来发展方向,本文对美国在研高超声速滑翔导弹和高超声速巡航导弹项目进行了全面梳理,并总结技术发展特点,研判发展趋势。     

美国典型高超飞行器项目研发及启示

简要回顾了美国典型高超声速飞行器项目及其动力系统发展的历程,分析了其发展的态势、经验和教训。美国始终将高超声速技术作为航空航天事业发展的重要领域,高超声速飞行器和动力技术方案与国家战略及应用背景密切相关。为了降低技术风险,采取了多方案并行的研发模式。高超声速技术的研发应充分重视顶层设计,注重技术的继承性,发挥不同单位的技术优势,加强基础研究、关键技术攻关和实验设施建设。     

从美国2018财年国防预算看其高超声速技术发展动向

2017年5月,美国国防部及直属机构、各军种陆续发布了2018财年预算报告,其中,高超声速技术领域研发投入继续增长,高超声速技术项目总经费7.13亿美元,较2017财年增加约2.16亿美元。美国国防部长办公室(OSD)和国防高级研究计划局(DARPA)延续已有高超声速技术发展计划,空军增加高超声速原型机制造项目,继续推进高超声速技术快速发展;导弹防御局(MDA)新成立高超声速防御专项,针对高超声速助推滑翔武器发展相关预警能力及拦截能力。     

2022年国外高超声速武器发展回顾

<正>2022年,世界各主要军事力量继续追求高超声速能力。美空军AGM-183A成功试飞,多个高超声速武器型号取得进展,第一款高超声速武器可能在2023年部署。俄罗斯在战场上用实战将高超声速武器推上了世界舞台,并继续推动其高超声速武器的部署工作。朝鲜面对美韩挑衅,高调试射其高超声速武器。英澳通过AUKUS联盟与美国合作,希望能够获得高超声速能力。高超声速武器作为近几年的明星武器继续受到世界关注。     

高超声速武器是美军摆的迷魂阵吗？

发展高超声速武器是2010年的一个热点2010年,世界武器装备发展的一个热点是所谓的高超声速武器。高超声速飞行是指飞行器的飞行马赫数大于5的飞行。美国发展以超声速燃烧冲压发动机为核心的高超声速技术,自上世纪50年代末开始,已经50多年了。在这过程中,它的发展态势一直是时高时低,不大顺利。其困难之处,就在于超燃冲压发动机的工作,就像要在12级飓风中点燃一支蜡烛一样困难。2010年5月26日,美国空军研制的高超声速巡航导弹的验证飞行器X-51A进行了飞行试验。     

从经费预算看美国高超声速领域发展趋势

临近空间高超声速飞行器具有飞行高度高、速度快以及高效的突防和攻击效能等特点,现已成为世界各军事强国谋求空天优势,抢占临近空间战略制高点的重要举措。但是,临近空间高超声速飞行器是一个全新的领域,其技术储备相对不足,在发展过程中面临着极高的技术风险和挑战。美国在高超声速技术领域开展了大量的预研和研制项目,但由于技术难度和经费的限制,这些项目至今没有研制出成熟的武器型号。在此过程中,美国多次调整高超声速技术的发展重点,但一直保证持续的经费投入,通过近年来的经费预算可反映出其在高超声速领域的发展趋势。     

高超声速技术——航天与军事应用的结合点

继ＮＡＳＰ下马之后，吸气式推进的研制一直在走下坡路，然而美国采取降低起点（Ｍ８）并与军事应用相结合的途径使高超声速技术的发展再次走出了低谷，许多迹象表明，现在高超声速技术的发展在世界范围内又重新获得了新生，各国竞相研制超燃冲压发动机，尤其低速推进系统的引射冲压发动机目前在美国已取得很大的技术突破，更使得以火箭为基础的吸气式组合循环发动机（ＲＢＣＣ）增强了在高超声速导弹、飞机及空天飞机上获得应用的现     

国外高超声速组合推进技术概述

推进技术是高超声速武器的核心技术,以超燃冲压发动机为基础的高超声速组合推进技术是高超声速武器的首选动力方案。本文介绍了几种以超燃冲压发动机为基础的组合推进方案,并简要介绍了美国、日本以及印度的技术发展现状。     

高超声速跳跃飞行武器研究

介绍了高超声速跳跃飞行武器的基本概念和发展历程。阐明了弹道一升力式和跳跃式再入大气层返回轨道两种沿大气层跳跃飞行轨道技术的原理、实现途径，以及高超声速跳跃飞行武器的基本特性。此外还分析了美国Demo方案中高超声速航天飞机的主要用途、性能参数及主要的关键技术。     

新型高超声速飞行器的气动设计技术探讨

气动技术是高超声速飞行器的重要支撑技术。目前高超声速飞行器迅速发展,飞行器向外形 复杂化、大气层滑翔飞行方向发展。高超声速飞行器飞行时间加长,飞行距离延长。新型高 超声速飞行器的迅速发展向空气动力学领域提出了众多高难度的问题,需要研究新的技术加 以解决。结合高超声速飞行器发展的方向和一些典型项目的气动需求,针对高超声速飞 行器可能的新型气动布局和相应的气动设计技术进行了探讨。
     

滑跃式高超音速巡航飞行器设计初步研究

在分析国外滑跃式高超音速巡航飞行器的发展现状基础上,提出了高超音速巡航飞行器的概念设计,对滑跃式高超音速巡航飞行器总体方案提出了设想。选择乘波构型建立了滑跃式高超音速巡航飞行器的气动布局,采用Euler方程数值解法Dahlem-Buck公式和切楔法对气动布局的亚、跨、超、高超音速气动特性进行了计算分析。由结果可见,建立的气动布局可满足总体方案设想中飞行任务要求。对滑跃式高超音速巡航飞行器的动力技术进行了初步研究,分析了采用火箭基组合循环发动机(RBCC)方案所需的燃料消耗。由初步分析计算结果可见,对于Ma≈10的滑跃式高超音速巡航飞行器,采用RBCC作为推进系统,可满足总体方案的技术要求。     

考虑高空粘性干扰效应的乘波体气动性能工程预测方法研究

粘性干扰效应是飞行器在高空、高马赫数飞行状态下所面临的诸多重要物理效应之一,对飞行器在这一区段飞行时的气动性能有着极其重要的影响.本文基于粘性干扰理论,结合参考温度方法提出了一种能够考虑粘性干扰效应的高超声速乘波体气动性能的工程预测方法,克服了传统工程预测方法不能计及粘性干扰效应的不足.文中对该方法的合理性进行了理论分析,并在飞行高度30～70km,飞行马赫数15～20范围内,通过本文提出的方法与传统工程方法以及计算流体力学(CFD)方法计算结果的比较,验证了本文所提出的方法的有效性.     

吸热型碳氢燃料研究进展

吸热型碳氢燃料是新型的高超音速飞行器超然冲压发动机用燃料,本文介绍了国内外对它的研究、应用以及发展趋势,重点从蒸汽重整、催化脱氢和裂解反应这三个方向论述了吸热型碳氢燃料的裂解和吸热过程研究情况.     

跳跃式弹道参数估算及其效率

简要地介绍了跳跃式弹道的发展过程和应用前景,并针对标准跳跃式弹道,详细研究了其过渡段、转弯段、滑翔段和再入段的弹道参数估算问题,通过参数估算,可以方便快捷地计算跳跃式导弹的性能,此外对跳跃式导弹的关键技术和飞行效率问题进行简单的描述,为进一步研究跳跃式导弹奠定了基础。     

中国空间站光学遥感载荷的发展研究

光学遥感载荷的空间站平台相比卫星平台具有很大的优势,吸引了包括俄罗斯、美国和欧空局在内的国际空间站成员国争相进行空间站光学遥感载荷的新技术实验验证和对地观测研究。文章介绍了国际空间站光学遥感载荷的观测方式和特点,结合国际空间站光学遥感载荷的应用情况,从新技术实验验证和对地观测两个方面分析了中国空间站光学遥感载荷发展应该注意的问题,为中国空间站光学遥感载荷的发展提出了几点建议。     

高超声速飞行器主动气膜冷却热防护数值仿真研究

为研究高超声速飞行器头部全覆盖保护情况下的气动热分布特征,文章提出一种微孔射流的主动气膜热防护方案,并对射流微孔分布进行优化;通过数值求解N-S方程,得到高超声速飞行器头部的驻点压力及表面、附近温度分布。研究结果表明,在主动气膜冷却热防护下,高超声速飞行器壁面温度可以降到1000 K以下。该方案可为未来高超声速飞行器的外壳设计提供参考。     

基于不确定性的飞行器分离可靠性建模与分析方法

为实现飞行器分离任务可靠性的定量分析和高效精确评估,研究了高超声速飞行器分离任务过程中各种不确定性因素对分离可靠性的影响,提出一种基于不确定性的飞行器分离可靠性建模与分析方法。面向高超声速飞行器分离任务需求,建立分离动力学仿真模型,综合考虑分离过程不确定性因素的影响,利用灵敏度分析方法识别主要不确定性因素,构建分离可靠性模型。针对此模型,提出一种改进主动学习Kriging(IAK)的分离可靠性分析方法,通过新的采样策略选取失效概率更大的采样点作为新增训练点,进行高效可靠性分析。实例结果表明,该方法能够准确描述不确定性因素对分离过程的影响,提升分离可靠性定量分析的精度和效率,为飞行器分离方案的精细化设计提供支撑。