美国高超声速研制计划新进展

美国开展过多种高超声速飞行器研究计划,但这些计划离真正投入实用阶段还有很大的距离。最近美国国防部和 NASA 决定通过更广泛地合作,加快航空和航天技术的融合,推进高超声速飞行器的发展。     

信息动态

高超声速飞行器是国际上研究的热点,也是我国着力发展的重要武器装备之一.高超声速流动问题,作为高超声速飞行器研制过程当中的关键技术问题,已经受到国内外的高度重视.2008年,美国国防部组织实施的国家高超声速基础研究计划(NHFRP计划)中,将“超声速燃烧、边界层物理、激波控制流动、非平衡流动、环境与材料耦合作用、高温材料和结构”等列为六大基础科学问题,其中前四项均属于高超声速流动问题的范畴.我国为了推动高超声速飞行器的发展,相继启动了多项研究计划、科技工程和专项工程,国家自然科学基金委员会也启动了“空天飞行器的若干重大基础司题”、“近空间飞行器的关键基础科学问题”等研究计划.这些工程与计划充分体现了高超声速流动的重要性,以及基础研究和工程应用相结合对高超声速飞行器发展的重要意义.     

美国高超声速技术飞行试验平台发展展望

本文基于美国在研高超声速技术研究项目，分析了未来5年美国开展高超声速技术飞行试验的需求，梳理总结了当前美国高超声速飞行试验平台的发展现状以及所面临的挑战，并对飞行试验平台的发展方向进行了研判。分析认为，未来5年美国在高超声速技术领域将面临巨大的飞行试验需求，开展飞行试验主要依靠空基发射平台或地基发射平台，地基发射平台主要发展探空火箭，空基发射平台则采用成熟飞机改装和新研专用载机平台相结合的发展思路，全面提升高超声速技术飞行试验能力。     

临近空间高超声速飞行器防热材料的发展

简要叙述了临近空间的定义及临近空间的飞行器类型,回顾了美国临近空间高超声速飞行器的发展历程,主要介绍猎鹰计划的研究目标及军事应用,重点介绍猎鹰计划中高超声速飞行器防热材料的发展.     

美国高超声速飞行器转捩装置设计研究综述

吸气式高超声速飞行器前体边界层转捩研究是美国高超声速研究计划的重要内容之一。简述美国吸气式高超声速飞行器(X-43)转捩装置设计的背景,阐述转捩装置的设计策略和位置确定原则,介绍美国转捩试验风洞的选择依据和主要风洞,归纳美国风洞试验采用的主要测试技术和研究方法,分析"钻石"型和"斜坡"型转捩装置构型的风洞试验结果。     

超燃冲压发动机前体边界层转捩风洞试验方法

吸气式高超声速飞行器前体边界层强迫转捩研究是各国高超声速研究计划的重要内容之一。本文归纳总结了美国开展Hyper-X前体边界层强迫转捩研究风洞设备的选则依据和选用的主要风洞;归纳了各风洞在超燃冲压发动机前体边界层强迫转捩试验中采用的主要测量和显示技术;分析了强迫转捩扰流装置设计过程中,风洞试验研究采用的方法。     

X-43A高超声速验证机飞行试验

据悉,美国NASA的X-43A高超声速验证机计划在今年2月进行第二次马赫数7的飞行试验,本次试验成功后,还将进行马赫数为10的飞行试验。X-43A是NASA用来验证超声速飞行器动力可行性的一种小比例高超声速研究飞行器,X-43A验证计划是NASA制定的“超高声速X”计划的一部分。目前,NASA已经将这一计划纳入下一代发射技术计划中。X-43A高超声速验证机飞行试验     

美国继续推进X-51A计划

虽然美国声称,X-51A高超声速飞行器验证机计划的主要目标是验证有关高超声速巡航飞行所需的突破性技术,而不是制造一种武器,但是据美国战略司令部最近透露。这个计划的终极目标就是要发展一种比目前美国武器库中任何一种导弹的速度都要快5倍以上,可以在1小时内攻击地球任意位置目标的新武器,并称一旦这种武器投入使用,美国就可以在避免引发世界范围的核大战风险和不需要利用盟国或者海外基地的情况下,对目标发起迅雷不及掩耳的攻击。     

美国高超声速巡航飞行器研发进展

本文介绍了美国为研制高超声速巡航飞行器而开展的"猎鹰"计划的最新进展,探讨了实现高超声速巡航所需演示验证的关键技术,阐述了基于涡轮喷气的组合循环推进技术的概念和试验研究情况。     

美国陆军先进高超声速武器气动问题分析

高超声速飞行器是临近空间飞行器研究的主要类型之一。本文简要介绍美国陆军先进高超声速武器(AHW)计划背景和试验飞行器构型;探讨和分析了AHW的弹道设计、气动布局特点;跟踪美国类似气动布局构型的气动试验研究开展情况,为相关高超声速飞行器的研究提供参考。     

高超声速推进技术发展驶入快车道

高超声速推进技术与高超声速武器密切相关,吸气式高超声速飞行器一直是国外重点发展的战略军事技术。X-51A“乘波者”飞行试验的成功使超燃冲压发动机技术向实际应用又迈进了一大步,同时也带动了其他高超声速推进技术的发展,美国、法国。俄罗斯、澳大利亚、日本等国都在加入该领域的投入。     

乘波技术在高超声速飞行器中的应用

近年来一些国家致力于研究发展各种新型的、飞行马赫数大于5的高超声速飞行器,例如高超声速飞机、高超声速导弹和空天飞机等。在这些高超声速飞行器的研究计划中,"乘波飞行器构型"的设计研究已经引起了各国的高度关注。     

脉冲爆震技术推动高超声速发动机的发展

美国正在发展马赫数超过4的高超声速飞行器，而脉冲爆震发动机技术被认为是有望实现该目标的可行方案，美国国防部预研局（DARPA）为此开展一项名为弗尔康（Vulcan）的全尺寸高超声速发动机项目，GE在其中占有重要地位。     

超燃冲压发动机研究回顾与展望

自20世纪50年代以来,航空航天领域把超燃冲压发动机作为高超声速推进系统的一种追求目标,在理论和技术方面矢志不渝地开展了大量研究工作。21世纪初,美国取得了一系列接近实际应用的技术突破,将超燃冲压发动机技术的研究和应用推动至新阶段。简述了超燃冲压发动机工作原理,论述了双模态工作过程、高超声速压缩流动、超声速燃烧、超高温结构与热防护、地面试验与数值模拟等关键技术的难点和新进展,并针对超燃冲压发动机宽速域、可重复和更高马赫数等当前重点技术发展方向,阐述了认识和建议。     

高超声速气膜冷却技术研究进展及发展方向

随着飞行器速度的进一步提高以及对可重复使用飞行器的需求,高超声速气膜冷却技术已经成为航空航天技术发展的热点问题。开展高超声速飞行器主动气膜冷却技术研究,对于解决高超声速飞行器面临的热防护问题,突破防热技术瓶颈,有十分重要的意义。本文在对主动冷却热防护技术原理、分类及其机制进行系统研究的基础上,从实验研究和数值模拟两个维度,对二维槽缝气膜孔工艺、离散气膜孔工艺和高超声速逆向喷流技术等高超声速气膜冷却技术以及影响气膜冷却效果的因素的研究现状进行了梳理和分析,进而提出了高超声速气膜冷却技术的防热材料研制、材料制备工艺、多气膜孔特性实验研究、逆向喷流气膜孔冷却技术实验验证等研究方向。     

科技成果

N A SA计划通过试飞研究高超声速流动现象美国国家航空航天局(N A SA)航空研究任务理事会计划明年在该局位于弗吉尼亚州的沃勒普斯试飞基地(W allops Flight Facility),与美国阿连特技术系统公司(A TK)联合进行一次高超声速试飞,以研究高超声速流动现象。N A SA进行这次试飞的具体目标是了解在高超声速时的层流转捩,即在高超声速飞行时,空气动力表面的气流从何处开始由层流转变为紊流。根据与N A SA签署的一份协议,A TK公司将为试飞提供一具名为H y-BoLT(H ypersonic Boundary Layer Transition“,高超声速边界层转捩”)的试…     

S?NGER Ⅱ高超声速计划推进系统综述

介绍了世界上首次针对涡轮冲压组合循环动力开展深入论证和试验的德国桑格尔(S?NGER Ⅱ)高超声速计划。详细阐述了S?NGER Ⅱ空间运输系统的总体设计、两级入轨推进系统方案的关键技术及其验证、飞发一体化、热管理系统和二动力系统。尽管因各种原因,S?NGER Ⅱ高超声速计划未能成功现实,但借助该计划研发了大量的先进技术,且在高超声速飞行器设计方案、分析方法、试验验证等方面都取得了宝贵的经验,可为我国组合动力及其他高超声速工程研制提供参考。     

高超声速风洞气动力试验技术进展

高超声速技术是未来航空航天技术的制高点,而高超声速风洞气动力试验是为高超声速飞行器设计和性能评估提供可靠数据不可或缺的重要技术手段。介绍了高超声速气动力试验设备种类和国内外典型的风洞设备,并分析了目前的发展现状。对国内高超声速风洞气动力试验相关测量技术、试验技术、试验数据评估和高超声速气动力标模体系等研究进展进行了总结。同时,还就高超声速气动力试验设备、气动力试验相关技术的未来发展趋势进行了探讨。     

吸气式高超声速飞行器制导与控制研究现状及发展趋势

制导与控制技术是发展高超声速飞行器的关键技术,同时也是控制学科研究的热点问题,许多先进控制理论在此领域得到应用。鉴于此,分析了吸气式高超声速飞行器动力学模型非线性、强耦合和不确定性等特点,指出高超声速飞行器制导与控制技术面临的挑战。在综述国内外研究成果的基础上,对吸气式高超声速飞行器制导与控制中基于线性化的非线性控制方法和直接针对非线性模型的控制方法分类讨论,分析了尚待解决的问题和不足。最后,结合吸气式高超声速飞行器鲁棒性、自适应性和智能化的目标,从面向机动目标制导律、高速目标拦截器制导律、全空域机动飞行控制和先进智能控制理论等方面展望了此领域研究的发展趋势。     

高超声速巡航飞行器乘波布局气动设计综述

吸气式高超声速乘波飞行器作为可以高效飞行于临近空间空域的运载器,自概念提出以来一直受到世界各国的高度关注,并吸引着众多学者与机构对此开展研究。本文主要从高超声速飞行器发展动态及乘波式气动布局设计技术两个方面展开分析,前者主要包括超燃冲压发动机的发展历程和主要工业国高超声速项目发展动态;后者主要针对受到世界各国高度重视的乘波式气动布局设计技术,较全面地概述了乘波飞行器气动布局设计方法的最新研究进展,在乘波体设计流程、基准流场构建方法、基准流场求解方法、沿展向乘波布局设计方法和乘波体在高超声速气动布局上的应用等方面进行了详细讨论。根据本文综合分析,乘波式气动布局高超声速飞行器由于在高超声速飞行条件下具有优异的气动性能,仍然是高超声速飞行器一体化布局的重要候选布局形式,而且随着材料、推进、导航与控制等技术的飞速发展,面向工程应用的乘波式高超声速飞行器将会很快出现,并将会在航空航天领域发挥重要作用。