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第二次X-51高超声速飞行器试验失败

NASA格林研究中心已经完成了一种可用于有人和无人驾驶超声速飞行器的创新外压缩式进气道的第二阶段试验。这种叫做参数进气道的装置原来由Techland研究所与波音公司共同研制。NASA格林研究中心的任务是进行大量的计算流体力学研究。在2003年进行的进气道风洞试验旨在证实其基本性能。累计约25小时的最新试验重点是优化进气道设计。评估是在格林研究中心在克利夫兰的3.05米×3.05米超声速风洞里进行的。进气道的设计状态为M2.35 ,但试验中偏离设计点,以便确定其在非设计状态的性能。试验的马赫数范围为M2.26~2.4。在上周末的总结性试验中,试验范围预计将向下扩展到M2。大约为四分之一缩比的进气道有一个活动斜板和4个放气区,它们是单个可调的。这种进气道的主要优点是全外压缩式,这可防止"不起动"状态。一般来说,超声速飞行器通常用的混合压缩式进气道采用内外斜激波来使空气减速。当激波移出进气道时产生"不起动"。这将大大增加阻力,降低进气道效率。外压缩进气道可消除"不起动",但性能有损失,因为它们通常有大的整流罩,会大大增加阻力。据研究人员讲,这种参数进气道不会。格林研究中心进气道组组长Tom Biesiadny说:"它有很小的整流罩。"他又说:"这种进气道也没有与之相当的进气道复杂,因此,它要轻得多,也便于制造。"风洞试验的经费来自NASA的极高效发动机技术计划和空军。Techland研究所和波音公司正在为这种进气道申请专利。如果能得到进一步的经费,研究人员希望用这种参数进气道作为一种试验台,来试验旨在改善进气道性能的各种流动控制装置。

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  出品:科普中国军事科技前沿

[据英国飞行国际网站2011年6月15日报道] 6月13日进行的X-51“乘波者”高超声速飞行器第二次飞行试验中,由于超燃冲压发动机的进气道未启动,X-51第二次飞行过早终止。在操作人员的控制下,飞行器溅落加利福尼亚沿海。

  作者:兰顺正

波音公司B-52飞机携带X-51飞行器“完美地”飞至发射点后,火箭推进器成功将X-51推进至马赫数5,由普惠•洛克达因公司建造的超燃冲压发动机以乙烯为初始燃料,成功点火。在随后转而使用JP-7常规燃料时,进气道未能启动。之后发动机重启/恢复最佳条件的努力失败。

  监制:光明网科普事业部

按照NASA的说法,进气道不启动的原因多为激波速度过快,越过进气口前端,导致发动机气流的气压骤减。超燃冲压发动机的工作依赖着极度精确的激波运动和发动机气流。没有风洞能使空气以高超声速运动,因此高超声速试验极端困难。

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空军项目经理查理•布林克表示:“显然,我们很失望,原本我们期待着更好的结果。但是我们仍对此次飞行收集到的数据感到满意。我们将继续检查这些数据,了解更多关于这项新技术的知识。每一次对这项令人振奋的新技术进行试验,就距离成功更近一步。”

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在2010年5月26日X-51首次飞行中,飞行器在超燃冲压发动机点火110余秒后,经历了相似的进气道未启动问题,之后发动机成功恢复。飞行控制持续至143秒时,发动机密封失效,导致试验中断。

  近日,中国航天再次传来捷报。据中国航天科技集团公司空气动力技术研究院的消息 ,2018年8月3日06点41分,由中国航天科技集团公司空气动力技术研究院研制的高超音速飞行器系统星空-2火箭在西北某靶场成功发射,在经过近10分钟飞行试验,火箭完成主动段程序转弯、抛整流罩、级间分离、释放高超试飞器自主飞行、飞行器弹道大机动转弯等试验程序,最终按预定弹道进入落区。无疑,作为国内首款乘波体气动布局的高超声速飞行器,星空-2此次的飞行试验取得圆满成功标志着中国在乘波体高超声速飞行器的研发领域实现了质的飞跃。

  这些年来,中国在高超声速技术领域的发展举世瞩目,已被美国等视为在该领域的最大竞争对手之一。中国的WU-14(又称“东风征服”)助推滑翔飞行早已家喻户晓。同时在今年5月的军民融合展会上,国产“凌云”临近空间高超声速通用试飞平台公开亮相,从相关图片可以看到外形采用轴对称旋成体设计的“凌云”高超声飞行器弹头布置有X形四进气道,这表示中国在吸气式高超声速飞行器的核心技术之一——超燃冲压发动机的研发上也实现了突破。

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  不过在乘波体外形飞行器上,中国以前还是空白。

  乘波体的概念在1959年由诺威勒(Nonweiler)提出。所谓乘波体 (Waverider),是指一种外形是流线形, 其所有的前缘都具有附体激波的超音速或高超音速的飞行器。通俗的讲,乘波体飞行时其前缘平面与激波的上表面重合,就象骑在激波的波面上,依靠激波的压力产生升力,所以叫乘波体。如果把大气层边缘看作水面,乘波体飞行时就像是在水面上打水漂。乘波体飞行器不用机翼产生升力,而是靠压缩升力和激波升力飞行,像水面由快艇拖带的滑水板一样产生压缩升力。乘波体外形的最大优点是低阻、高升力、高升阻比。同时乘波体外形在偏离设计条件下,仍能保持有利的气动性能。另外由于乘波体下表面是一个高压区,是发动机进气口的极佳位置,并且发动机的下表面还可以与乘波体一起融身设计,使其不损失进气口阻力,所以更适合使用喷气发动机或冲压发动机,是高速远程巡航导弹和航天飞行器的理想候选外形之一。

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  美国在乘波体飞行器的研发上一直位于世界前列。2010年5月26日,美国空军研究实验室(AFRL)与国防高级研究计划局(DARPA)联合主持研制的超燃冲压发动机高超音速验证机X-51“驭波者”首飞并获得成功。另外,俄罗斯在今年年初公布的“锆石”高超音速反舰导弹也同样采取的乘波体外形。

  据悉,此次的星空-2是中国航天科技集团公司空气动力技术研究院花了三三年时间,研制的国内首款乘波体气动布局的高超声速试验飞行器。而本次的飞行实现了飞行试验窗口科学载荷的全通道测量,科学数据有效,并实现了完整回收。因此可以说,中国在乘波体飞行器研发中也已经迎头赶上。另外此次试验还有一个亮点,美国X-51历次飞行都是先靠B-52携带升空,取得一定的速度和高度后再靠自身动力加速飞行的。

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  而星空-2采用航天科工四院某款火箭作为助推系统,从地面直接将飞行器投送到预定高度,并分离自主飞行,由此推断中国版的“驭波者”投入实用的门槛将会更低。

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