高超音速飞行如何改变空战

2017年11月16日(最后更新于2017年11月16日11:13)

在5马赫,您可以在不到七个小时的时间内绕地球旋转。这对航空航天业的吸引力是显而易见的,并有望带来巨大的潜在利益,为未来的空军催生了新一代的武器和平台。

高超音速飞行如何改变空战
波音X-51A波音的美国空军图形。信用:美国空军

尽管高超音速飞行的概念已经存在了很长一段时间,但是将其转变为能够以超过音速五倍的速度行进的现实世界绝非易事-每小时超过3,836英里,甚至是惊人的速度每秒1.7公里。

仅气流的物理原理就对机身设计提出了巨大的要求,尤其是超过1,500的温度产生oC会熔化常规飞机的材料。在相对较低的高超音速速度下,空气中的分子键本身就会振动,从而改变了作用在飞机表面的空气动力。速度更快,这些键被撕裂,在车辆周围产生电离的带电等离子体包络。这显然不是对胆小的人的设计挑战,但是鉴于最近一项重大测试的成功宣布,高超音速空军可能不再遥不可及。

HIFiRE成功

7月,有消息传出,美国空军研究实验室(AFRL)和澳大利亚国防科学技术集团(DST)已成功完成了试飞,这是高超声速国际飞行研究合作计划(HiFIRE)计划的一部分。

这次飞行是在南澳大利亚的伍默拉试验场进行的,虽然没有多少细节,但它似乎涉及将自由飞行的高超音速滑翔机“ Hyshot-V”发射到火箭助推器上的太空。根据该项目的合作伙伴之一BAE Systems以及波音和昆士兰大学的一份声明,这是“迄今为止进行的所有HIFiRE飞行中最复杂的一次。”

下一个计划于2019年进行的飞行,将在自带动力的情况下水平飞行Hyshot车辆,大约在8马赫左右的转速下持续一分钟。但是,在没有火箭的情况下实现高超音速需要一种非常不同的发动机。

超燃冲压发动机

温度和压力方面的考虑有效地限制了传统涡轮喷气发动机的最大速度,使其最高速度不超过3马赫,然后内部环境变得太热和不利于发动机的运动部件正常工作。比传统上涉及火箭飞行的速度要快,但是与喷气机不同,火箭必须携带燃烧自身所需的所有氧气,有时氧气可能占整车重量的60%,并且显然强加了自己的氧气。成本和约束。解决方案是scramjet,这是冲压喷气发动机的超音速版本,这是一种喷气发动机,它利用发动机本身的向前运动来压缩所需的空气,而无需涡轮喷气发动机的压缩机机构。

但是,冲压喷气发动机/超燃冲压发动机系统本身有一个主要局限性。它只能在发动机运转时产生推力,这意味着它不能从站立状态开始加速。任何由超燃冲压发动机提供动力的超音速飞机也将需要常规发动机,以使其首先进入空中并使其达到超燃喷射所需的初始空速。

当然,未来具有高超音速速度的战斗机的“ H代”对于任何空军来说都是诱人的前景,毫不奇怪,许多国家正在开展研究项目,力求在有望成为该领域的决定性技术方面取得优势。未来几十年。

在整个活塞和喷气发动机时代中,对于战斗机而言,“更好”意味着更快,至少直到每个人都有战机在涡轮喷气发动机的极限下运行为止。从那里开始,转移越来越多地变为隐身,但是现在,随着检测能力全面提高,摆锤再次摆动的时机很快就到了,用“快速”取代“隐身”成为空中作战的关键因素。

技术融合也可能在战斗中对高超音速飞行产生影响。近年来,无人驾驶飞机(UAV)的迅速崛起及其在几乎整个任务范围内的广泛部署,已经使所有战斗机飞行员都能从驾驶舱中真正康复的日子越来越近了。从美国海军创纪录的,以舰载机为基础的“咸狗”的自主起飞,着陆和加油,到洛克希德的SR-72无人高超音速间谍飞机,这可以说是迈出了更大的一步。从SR-72到高超音速战斗机。

除了载人/无人战斗机的未来,高超音速飞行技术在军事上的最直接的应用似乎可能是在新一代导弹中。

5马赫导弹

在宣布在Woomera成功试飞之前的两周,美国空军发布了“寻求资料”通知,内容是可以从现有战斗机上发射的“高超音速常规空射打击武器”。这项呼吁的目的是要能够迅速投入使用的系统,该系统似乎有效地排除了超燃冲压发动机,转而支持火箭推进,但是全球其他项目正在努力为该导弹研制助推滑翔和呼吸超音速导弹。未来。

五角大楼的“迅速全球打击”(PGS)计划和“高速打击武器”(HSSW)计划可能是最著名的两个。 PGS旨在生产可在一个小时内部署到世界任何地方的精密制导常规武器,而HSSW则看到了波音X-51 Waverider超燃冲压发动机的研制,该发动机的动力超音速飞行达到创纪录的210秒在2013年。

高超音速导弹具有两大卖点。首先,正如俄罗斯战术导弹系统公司首席执行官鲍里斯·奥布诺索夫(Boris Obnosov)最近在俄罗斯媒体的新闻发布会上说的那样,``当导弹能够以7-12倍音速的速度飞越大气层时,所有这些[空中]防御系统将大大削弱。”

实际上,不可能足够快地将资产隐藏起来以使其脱离危险,甚至通常受到良好保护的目标(包括航空母舰在内)也将难以发现和阻止如此快速的飞行。其次,这些导弹也将具有很高的机动性,并且可以在飞行中重新瞄准。不难看出为什么许多人开始将它们视为潜在的空中力量改变者。

俄罗斯和中国

有如此多的收获,美国在高超音速导弹的开发上没有垄断权,众所周知,俄罗斯和中国都在从事类似的项目,尽管很少公开细节。不过,奥布诺索夫表示,他完全希望能够在6到8马赫飞行的空射高超音速导弹在2020年之前准备就绪,以便及时为新型图波列夫PAK-DA战略轰炸机投入使用。 2023年。他预计会出现更快的导弹,然后在2030年或2040年左右驾驶高超音速飞机。 基洛夫级 巡洋舰可能会部署3K-22M锆石高超音速巡航导弹,并计划于2018年开始批量生产这种超燃冲压动力反舰武器。

中国的高超音速计划甚至更加不透明,但是中国似乎正在积极地追求该技术,尤其是使用WU-14滑翔机,据传该滑翔机将在2020年代末投入生产。

最终将在高超音速联盟中脱颖而出的还有待观察,但显然,这项技术可能会从根本上改变我们对空中优势的理解,也有可能建立既定的战略力量平衡。