美国高超声速研究动态
高超声速飞行器气动布局与操稳特性研究
航空科学技术Aeronautical Science &TechnologyNov.252020Vol.31No.1147-53高超声速飞行器气动布局与操稳特性研究左林玄*，尤明航空工业沈阳飞机设计研究所，辽宁沈阳110035摘要：本文介绍了高超声速飞行器气动布局分类,对钟形体布局、升力体布局、乘波体布局、翼身融合布局进行了分析说明，总结了高超声速飞行器气动布局的发展方向。
从稳定性和操纵性的维度对高超声速飞行器的操稳特性进行了分析，重点分析了在纵向静稳定性、航向静稳定性、副翼操纵效率、方向舵操纵效率等方面，高超声速飞行器区别于传统飞机的特点。
基于高超声速飞行器的操稳特性，给出了高超声速飞行器可行的升降舵、副翼、方向舵的使用策略。
关键词：高超声速飞行器；气动布局；操稳特性；乘波体布局；翼身融合布局中图分类号：V221.3文献标识码：A DOI ：10.19452/j.issn1007-5453.2020.11.006高超声速飞行器是指飞行高度在20~100km 之间，速度超过马赫数5的快速新型飞行器[1]，高超声速飞行技术是继发明飞机实现飞行、突破声障实现超声速飞行后，航空航天史上又一项具有划时代意义的新技术。
高超声速飞行器既包含以吸气式发动机为动力的飞行器，也包含无动力或采用其他推进方式的可重复使用运载器、再入飞行器等。
高超声速技术涉及总体、气动、推进、结构、材料、热防护、控制等众多学科，对科技和工业的发展具有极大的带动作用。
因此，世界各军事强国积极探索高超声速技术，按照近期目标为高超声速巡航导弹、中期目标为高超声速飞机、远期目标为空天飞机持续开展相关技术研究，包括美国的Hyper -X 计划、HyFly 计划、HyTech 计划等，俄罗斯的“冷”计划、“鹰”计划等，法国的组合吸气式发动机计划（JAPHAR ），英国的“云霄塔”等[2-6]。
本文从高超声速飞行器气动布局与操稳特性角度出发，对典型的高超声速飞行器气动布局进行分析，并分别从稳定性、操纵性、机动性等方面对高超声速飞行器的操稳特性进行分析与评估。
对高超声速目标的跟踪及算法研究
超声 速 目标跟 踪 的研 究 还 处 在 不 成 熟 阶段 ， 普 遍 认 为
航段 ， 超 燃 发动 机会产 生 强大 的喷焰 羽 流 ， 并 产生 激波
对 目标 跟 踪 最 好 的算 法 是 交 互 多 模 型 算 法 ， 即Ｉ ＭＭ
算 法 。其 中的关 键是 如 何 选 取 运 动 模 型 ， 使其 能较 准
用 飞机 、 火 箭 等 飞 行 器 将 目标 送 入 指 定 高 度 ； 在 巡 航
段， 又分 为爬 升 段 、 平 飞 加 速 段 和 等速 巡 航 段 ， 目标 依
靠超 燃 发动 机 提供 的动力 飞行 ； 在攻 击段 ， 目标改 变飞
行轨 迹 ， 速 度倾 角快 速变 小 ， 实 现对 目标 的攻 击 。在巡
特征 ， 导致 产生 等离子 鞘套 ， 这 些特 征 给跟踪 提供 了重
要 的线 索 和依 据 。 由于高 超声 速 飞行 器 所 特 有 的这 种 飞行 特 征 ， 它 能 在很 短 的时 间 内完 成 加 速 ， 在 巡 航段 开 始 的几 百 秒 的时间 内飞行 速度 Ｍａ数 就可以达到 ６ ～７ 。以 Ｘ － ５ １为 例， 它 由一架 Ｂ － ５ ２轰炸机 携带至太平 洋上 １ ５ ． ２ ４ ｋ ｍ 的
中 图分类 号 ： ＴＮ９ ７ １ 文 献标识 码 ： Ａ
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ ｔ ｒ ａ ｃ ｋｉ ｎ ｇ ａ ｎｄ ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ ｏ ｆ ｈｙ ｐ ｅ ｒ ｓ ｏ ｎ ｉ ｃ ａ ｉ ｒ ｃ ｒ ａ ｆ ｔ ｓ
Ｚ ｈ ａ ｎ ｇ Ｙａ ｎ ｐ ｅ ｎ ｇ，Ｌ ｉ Ｘｉ ａ ｏ ｂ ｏ ，Ｘｕ ｅ Ｊ ｕ ｎ ｓ ｈ ｉ
第２ ９卷第 ５期
高超声速飞行器发展综述及飞行试验测控需求
体化的轴对称高超声速导弹气动布局。
图1X-43A高超声速飞行器
X-43A(如图1)计划是由DRAPA主导的以氢燃料为。
Science&Technology Vision科技视界
9
将提供一种全新的快速全球打击能力。
图2X-51A高超声速飞行器
1.2无动力高超声速计划
无动力高超声速计划通常采用助推器将高超声速无动力滑翔飞行器助推到预定的分离点,无动力滑翔飞行器通过长时间的高超声速滑翔飞行实现快速的投送和打击。
HTV-2(Falcon)计划是由DRAPA主导用来验证全球快速打击武器的关键技术,驻澳包括远程高超声速助推滑翔飞行器气动布局技术、热防护技术、先进GPS制导技术和碳/碳减速伞技术等。
HTV-2计划的目标是通
然要求;
图3高超音速飞行器典型弹道(3)精确打击能力,对点目标、机动目标的直接命
中打击能力,对目标"点穴式"小附带损伤打击能力,是现代战争和未来信息化战争的基本要求,是精确打击和常规威慑的技术保证;
(4)有效突防能力:导弹速度越高,其突防能力越强;关于飞行高度,其突防能力与拦截武器类型有关,对于靠气动力控制的拦截弹而言,其拦截能力随导弹飞行高度增高而下降,对于靠直接力控制的拦截弹而言,其拦截能力随导弹飞行高度增高而增强(5)高作战效能,具备包括高射前生存能力、有效。
X-51及高超声速飞行器简介
美国X-51A飞行器及总体设计及其关键技术简介Xxx摘要：从计划的背景、飞行器的构造、热防护材料研发测试以及实际飞行试验等方面对X-51A 的发展计划作了较为详细的介绍,并据此对美国发展高超声速飞行技术的研究流程和理念有个一定的了解与认识。
关键词：X-51A 高超声速导弹热防护系统结构材料飞行器引言：美国自二十世纪九十年代启动“全球敏捷打击”计划以来，一直处于低速发展过程中，该计划近期开始迅速升级，从改造“三叉戟”导弹开始，美国正推出一系列先进攻击武器概念，包括飞机、无人机和导弹。
其中，X-51高超声速巡航导弹是美国武器库目前速度最快的全球打击武器，可以在一小时内攻击地球上任一目标。
1项目概况巡航导弹在美国武器系统中具有特殊的地位，在未来信息化战争中，巡航导弹不要要成为首选的打击武器，也是美军实行远程军事打击的必备武器。
美国于20世纪90年代启动的“全球敏捷打击”计划自推出以来一直处于低速发展过程中,直至近年该计划开始迅速发展。
美国从改造三叉戟导弹开始,陆续推出一系列的先进攻击武器概念,包括新一代的飞机、无人机和导弹。
X-51A计划是由美国空军研究试验室(AFRL)、国防高级研究计划局(DARPA)、NASA、波音公司和普惠公司联合实施的旨在验证高超声速飞行能力的计划。
终极目标是发展一种马赫数达到5~7的可以在1 h内进行全球打击的武器,包括快速响应的空间飞行器和高超声速巡航导弹。
X-51A于2010年2月中旬进行了首次高超声速飞行试验。
X-51A的首飞创造了又一个人类历史记录———超燃冲压发动机推进的历时最长的高超声速飞行,刷新了X2 43创造的12 s的记录。
X2 51A首飞的成功意味着, 超燃冲压发动机将提供一种全新的快速全球打击能力。
据称,该高超声速导弹将能够在60 min内实施全球打击。
美国国防部/NASA的X2 51A项目则是这一新型武器系统方案的关键部分。
X2 51A 的飞行试验对于空间进入、侦察、打击、全球到达以及商业运输等都有重要意义。
高超声速飞行器发展综述
高超声速飞行器发展综述高超声速飞行器是一种飞行速度超过5倍音速的飞行器，是目前世界上发展最为活跃的一种高新技术飞行器。
它具有超高速、高精度、高灵敏度、高载荷能力等特点，被广泛应用于空天军事、国防安全和超音速交通等领域。
本文将对高超声速飞行器的发展历程、技术特征、应用前景等进行综述，为相关领域的研究提供参考。
首先，高超声速飞行器的发展历程可追溯到上世纪50年代。
当时，苏联开始研发高超声速飞行器，1961年首飞成功，引起了全球的关注。
随着时间的推移，美国、中国、法国、印度等国家也相继进入了高超声速飞行器的研究领域，开展了一系列涉及高超声速技术、材料、设计和测试等方面的工作。
今天，高超声速飞行器已经成为当今世界上最具前沿性和潜力的领域之一。
其次，高超声速飞行器的技术特征主要表现在以下几个方面。
第一，高超声速飞行器具有极高的飞行速度。
由于其飞行速度远超声速，因此需要采用高温材料、纳米材料和复合材料等先进材料，并进行针对性设计和制造。
第二，高超声速飞行器的载荷能力较高。
相比传统飞行器，高超声速飞行器所需承载的热力学和动力学载荷更大，需要具有更强的结构强度和稳定性。
第三，高超声速飞行器的控制精度要求更高。
由于其速度和载荷的特殊性，高超声速飞行器需要采用更高精度的控制技术和设备，确保稳定的飞行。
最后，高超声速飞行器的应用前景广泛。
在军事领域，高超声速飞行器被广泛应用于反导拦截、情报侦察和精确制导等应用场景。
同时，在航天领域中，高超声速技术可以推动空天交通的快速发展，带来更高效、更安全和更可靠的航空交通方式。
此外，在国防安全、地质探测、环保监测等许多领域，都有着广泛的应用前景。
总之，高超声速飞行器是一种充满前瞻性和活力的高新技术飞行器。
它的研发和应用将推动整个航空领域的发展，创造更多的社会价值和经济效益。
未来，高超声速飞行器将继续保持其领先地位，成为全球研究和创新的焦点之一。
高超声速动力能热管理技术综述
第 50 卷第 2 期2024 年 4 月Vol. 50 No. 2Apr. 2024航空发动机Aeroengine高超声速动力能热管理技术综述梁义强，范宇，周建军，刘太秋（中国航发沈阳发动机研究所，沈阳 110015）摘要：高超声速飞行器因良好的高速突防和快速打击能力成为重要的装备发展方向，但高超声速飞行工况的特殊性使其动力系统对热管理和能源供给提出了严苛的需求。
通过分析文献对高超声速动力的热防护、燃油热管理和进气预冷等技术进行了详细评述。
热管理对高超声速动力装置的功能和性能实现具有重要影响，但其目前在该领域研究技术的成熟度较低，飞发一体化是解决问题的重要技术途径之一。
通过文献综述对能源供给的生成及利用等技术与传统飞行器进行了对比，概述了现有高超声速动力主要的能源供给方式的关键技术为燃油裂解气涡轮等，在此基础上总结了能热（能源与热）管理的未来发展趋势为热电转换等，为高超声速动力能量综合能热管理技术的发展提供借鉴。
关键词：高超声速动力；能热管理；推进系统；发电技术中图分类号：V231.1文献标识码：A doi：10.13477/ki.aeroengine.2024.02.002Overview of Power and Thermal Management Technology for Hypersonic EngineLIANG Yi-qiang， FAN Yu， ZHOU Jian-jun， LIU Tai-qiu（AECC Shenyang Engine Research Institute，Shenyang 110015，China）Abstract：Hypersonic aircraft represents a crucial focus in equipment development, owing to their exceptional high-speed penetra⁃tion and swift strike capabilities. However, stringent requirements for thermal management and power supply are imposed by hypersonic flight conditions. A comprehensive review of technologies concerning thermal protection, fuel thermal management and inlet air precooling is conducted. Thermal management significantly impacts the performance and function of hypersonic engines, but its current technical maturity level in this field is relatively low. The integration of airframe and engine is identified as one of the important approaches for addressing these challenges. A literature review was conducted to compare the generation and utilization technologies of power supply with traditional aircraft. Key technologies of primary power supply methods in existing hypersonic engines are outlined, including the fuel vapor turbine. The future developmental trends in power and thermal management are summarized, such as thermoelectric conversion, providing a reference for the development of integrated power and thermal management technologies for hypersonic engines.Key words：hypersonic engine; power and thermal management; propulsion system; power generation technology0 引言未来战争要求战机在极具复杂的空天战场态势下“快速响应、远程打击”、“先敌发现、先发制敌”，形成对敌全面压制的战略优势[1-2]。
以综合学术角度剖析美国X-43A超高声速飞机的试验
美国政府耗费巨资支持的造假—超高速飞机的神话柝解以综合学术角度剖析美国X-43A超高声速飞机试验作者深圳刘昌喆注：本文是应《中国军事》杂志建军八十周年记念约稿而作（2007）。
因观点非主流而被拒载。
留此存照，亦期交流。
2008年上传此文，因博客字数所限分成上下两部分，阅读不方便。
如今网站进步又重新整篇上传，—2010年的说明。
又注：当年文档中插不进图片，如今网站功能强大，所以加进图片整理重发。
美国的超高速骗局还在继续重演，2012年又有X-51试飞报道。
所以这篇写于2007年的文章仍有现实参考意义。
关键词：超高音速激波燃烧速度混合过程动量结构空气动力学飞行姿态稳定性学术结果不真实摘要：美国超高音速飞机X-43A在2001年曾试飞失败，当时舆论界在将信将疑中毁誉参半。
在2004年发布的X-43A飞机两次试验成功的结果以后，全世界舆论都为之贺彩；美国舆论称之为莱氏兄发明飞机后又一航空史上的重大突破。
各国航空学界多为美国科技之高超而折服，进而引发一轮包括中国在内的全世界范围的超高音速冲压发动机研发跟风热潮。
本文以严谨的多学科理论根据分析，证明该耗资1.8亿美金、轰动世界的试验原理上就存在多方面致命错误。
而关于所谓“试验的成功”的各种报道，也破绽多多，经不起推敲。
事实并非如报道的那样辉煌。
这应该是在美国政府出于政治利益而默许的、研究单位出于对耗掉如此巨资而无果，因利益需要的一起毫门学术造假。
一、X-43A超高音速飞机的“试验飞行”成功报道中的疑点X-43A超高音速飞机的“试验飞行”成功，在网上、报刊和电视的所有新闻媒体都有一段时间醒目的报道。
但在所有关于X-43A报道却有着共同的疑点：1、为什么耗此1.8亿巨资的，又是“成功”的试验项目最有价值的试验飞机不回收？这在技术上和经济上都应没有障碍（现代技术人造卫星都可以收回）,尤其X-43A是在海面溅落，回收相对更容易。
如回收飞机实体，一是有助技术总结的巨大科研价值，二是可与莱氏兄弟的飞机同样陈列在美国国家博物馆，其里程碑式“成功”使该试验飞机文物价值应该无法估量。
更准确_更精确_更高效_高超声速流动数值模拟研究进展_唐志共
在自诞生至今的近百年 Ｄ） Ｃ Ｆ 计算流体力学 （ 时间里 ， 随着物理模型 、 数值算法和计算机软硬件 水平的不断发展 而 迅 速 崛 起 ， 成为飞行器研制中 气动布局设计及数据库建设的重要手段 。 与此同 时， 由于高超声速 飞 行 器 具 有 的 特 殊 军 事 意 义 及 经济 、 科技价值 ， 世界各国纷纷将高超声速飞行器 的研制列入 重 点 发 展 计 划
图 １ 高超声速飞行器 Ｆ ｉ ． １ Ｈ ｅ ｒ ｓ ｏ ｎ ｉ ｃ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｇ ｙ ｐ
声速流动数值模 拟 中 ， 后者依赖于计算机硬件水 平和数值算法等 ， 其中 ， 隐式时间推进方法由于优 越的鲁棒性和高效性 ， 得到了迅速发展及应用 。 本文针对高超 声 速 流 动 模 拟 中 的 准 度 、 精度 和效率问题 ， 详细介绍了近年来在物理模型 、 空间 离散算法 、 时间推 进 方 法 以 及 误 差 和 不 确 定 度 估 计等方面的研究进展 ， 尤其对目前的热点问题 ， 如 高超声速边界层 转 捩 预 测 、 高阶格式在复杂流动 中的应用以及 Ｃ Ｄ 结果可信度评估等方面进行 Ｆ 了详细介绍 ， 并对 下 一 步 高 超 声 速 流 动 数 值 模 拟 中拟关注的问题进行了讨论 。
。 以 美 国 为 例， 其在
技术发展水平和 人 员 、 资金投入力度等方面都走 在世界最前列 ， 先后提出了一系列高超声速发展 计划 ， 包括 ２ １ ５ 验 证 机， ８ ６ ０世纪６ ０年代的 Ｘ １ ９ － ， 年的国家空天 飞 机 计 划 （ Ｓ Ｐ） ２ ０ ０ １年提出的 ＮＡ ） ， 航空航天倡议 （ Ｉ ２ ０ ０ ２年形成的高超声速飞 ＮＡ ） ， 行计划 （ ０ ３ 年提出的 Ｆ Ｌ Ｃ ＯＮ（ Ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ２ ０ Ｈ Ｆ ｌ Ａ ｙ ｙ Ａ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ｌ ａ ｕ ｎ ｃ ｈ ｆ ｒ ｏ ｍ Ｃ ＯＮ ｔ ｉ ｎ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ Ｕ ｎ ｉ ｔ － ｐ ｐ ） （ ） ， 计划 和 以及最近几年发 ｅ ｄ Ｓ ｔ ａ ｔ ｅ ｓ ＨＴＶ ＨＣ Ｖ
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信息专递图1 F-22猛禽战斗机与RATTLRS高速导弹组合是一种设想的远程打击方案美国高超声速研究动态
美国对高超声速的研究并未停滞不前,而是朝着不同的方向发展。军方对远程打击的需求进一步推动了对高速飞机和导弹的研究,不过,研究人员对美国下一代轰炸机到底应该飞多快一直存在争议。2004年11月,X-43AHy-per-X验证器创造了Ma=9.7的速度记录,但此后不久,美国航空航天局(NASA)终止了吸气式可重复使用运载火箭的研究,而是把重点转向用于太空探索的低风险火箭推进式分离舱上。美国始终保持着若干项高超声速研究计划,并且怀有明显的军事意图,NASA也在寻求今后几十年的航天飞机后继型号。今天,研究已取得一定进展,可能会在近期内获得实际应用。1 高速度的潜在应用目前在研的潜在飞行器包括高速导弹、远程打击飞机和快速反应运载火箭,不过,在防御规划人员确定高超声速飞行器是可行的选择方案之前(可能发生在今后20年内的任何时间),还需要进行大量的飞行试验。波音公司先进系统分部经理乔治#米勒认为,关键问题是技术成熟度。目前的技术准备等级(TRL)与X-30计划终止时并没有明显的差别。X-30计划曾经是一项雄心勃勃的计划,当时试图研制一种马赫数达25的单级入轨空天飞机,但由于种种原因,该计划于1993年下马,后来在X-30基础上按比例缩小研制了X-43A。目前正在实施的研究计划旨在通过飞行试验使高超声速技术达到6级技术准备等级。目前认为,在相关环境中验证机达到6级技术准备等级,就是达到了以可接受的风险进入工程研制所需的最低技术成熟度等级。美国空军希望在2018年实现新的远程打击能力,这就意味着高超声速技术已经成熟或者接近成熟。届时,涡轮发动机和冲压发动机推进的高速导弹可能成为候选方案,但是更长远地看,到2025年甚至2035年,采用超燃冲压发动机或者涡轮/超燃冲压组合循环发动机的高超声速飞行器可能会成为新一轮竞争方案。2007年,美国将对两种高速打击武器进行飞行试验。根据美国海军研究局领导的时敏目标远程打击创新方案(RATTLRS)计划,洛马公司正在研制涡轮发动机推进的高马赫数导弹;而波音公司正在为海军研究局和国防高级研究计划局研制双燃烧室冲压发动机推进的HyFly高超声速导弹验证器。RATTLRS计划的目的是在飞行试验中检验飞行器能否以涡轮发动机为动力,从亚声速加速
#9#飞航导弹 2007年第10期图2 挂在F-15E战斗机下的HyFly
到超声速巡航速度,然后以Ma=3+的速度巡航飞行至少5min。而计划的最终目标是使巡航飞行时间超过15min,射程接近1000km。洛马公司臭鼬工厂RATTLRS项目主管克雷格#约翰斯顿认为,巡航飞行时间达到5min足以验证相关的射程,如果巡航飞行时间能达到15min,也就进入了目前巡航导弹的等级。海军研究局项目主管劳伦斯#阿什认为,对于验证联合战术武器系统的追踪能力来说,RAT-TLRS最能反映出多平台发射(战斗机、轰炸机、舰艇和潜艇)900kg级巡航导弹的特征。我们希望该计划能尽快从科学技术研究阶段进入工程研制和采办阶段。2 涡喷发动机阿什表示,对于RATTLRS导弹和其它一些高速方案来说,关键技术是能够持续工作到Ma=3~4的涡轮发动机,因为这一速度已超出涡轮发动机Ma=2.5的标准极限。RATTLRS导弹采用YJ102R涡喷发动机,它由罗罗公司的自由工厂研制,其比推力是SR-71黑鸟侦察机J58发动机(由普惠公司研制)的6倍。SR-71属于巡航飞行器,而RATTLRS则是加速飞行器。RATTLRS导弹的质量、直径和长度分别是SR-71黑鸟侦察机的6%,25%和20%,而且无需借助加力燃烧室加速并巡航。RATTLRS的外形和尺寸与SR-71黑鸟侦察机的发动机短舱极为相似,但其YJ102R涡喷发动机却小得多,直径只有330mm。虽然黑鸟侦察机的J58发动机的尺寸是YJ102R的4倍,但干推力却只有YJ102R的两倍。尽管外形很相似,但YJ102R发动机的流路却非常简单,其性能即使在今天也难以超越。SR-71的发动机的流路则相当复杂,而且采用20世纪60年代的控制系统。当然,今天我们已拥有非常现代化的空气动力学和控制软件。YJ102R涡喷发动机的秘密之处在于罗罗公司研制的一种称作Lamilloy的材料,它由薄片层状穿孔金属构成,压缩机放气通过它们排出,使燃烧室和涡轮部件得以蒸发冷却。Lamilloy材料能够耐受极高的温度,因此,空气转变成推力亦不会冷却。按计划,YJ102R涡喷发动机的飞行试验将于2007年下半年开始,届时将在加州穆古角太平洋靶场由NC-130F飞机发射导弹。第一次飞行试验的成功,也就意味着达到6级技术准备等级。由于RATTLRS导弹的速度是普通巡航导弹的三倍,因此作战武器可以在5min~10min内命中目标。导弹在21km高空巡航飞行,以Ma=4的速度向目标俯冲,可穿透地下9m~15m;或者以亚声速或超声速布撒子弹药。在执行时间敏感目标远程打击任务时,可以搜索各种目标,而且可以装备各种类型的战斗部,并非仅仅依靠导弹的动能。波音公司HyFly项目主管约翰#福克斯称,HyFly是RAT-TLRS的一个竞争者,HyFly是动力装置验证器,而不是真正的导弹研制计划。其目的是利用碳氢燃料亚燃/超燃组合冲压发动机达到Ma=6的速度,射程达到740km;验证用于多平台(飞机、军舰或潜艇)发射的侵彻导弹的技术。HyFly由波音公司的F-15E战斗机发射,由火箭助推器推进到Ma=3.5的速度,然后由双燃烧室冲压发动机加速到Ma=6的速度。双燃烧室冲压发动机由约翰#霍普金斯大学应用物理实验室和航空喷气发动机公司联合研制,它有一个冲压发
#10#飞航导弹 2007年第10期图3 X-51A将验证超燃冲压发动机的加速性能动机/预燃室0,即亚声速气体发生器,可把富油排气注入超燃冲压发动机中,然后变成超声速气流并燃烧。X-51A超燃冲压发动机验证器(SED)计划也是高速打击要求的产物。该计划由美国空军领导,亦称作X-51A骑波器。由于采用改进型HyTech碳氢燃料超燃冲压发动机,因此,也可以说是NASAHyper-X计划的后继型号。按计划,X-51A将在2008年下半年进行飞行试验,速度将达到Ma=6.5。普惠公司已于2006年4月完成GDE-2地面验证发动机的风洞试验,试验马赫数达到5。3 燃料冷却超燃冲压发动机空军研究实验室航空发动机分部技术代理鲍勃#默西埃说,GDE-2是已经试验的第一台飞行结构、燃料冷却超燃冲压发动机,它降低了X-51A超燃冲压发动机验证器的风险。在HyTech超燃冲压发动机中,JP-7燃料在结构中循环,以便冷却发动机,并且在燃料注入燃烧室之前对燃料进行加热。GDE-2是第一台使用闭合回路燃料控制和飞行结构阀门的发动机。试验时还验证了从乙烯向JP-7燃料的转变过程。开始时先使用乙烯是因为乙烯比较容易起反应。普惠Rocketdyne公司X-51A项目主管柯蒂斯#伯杰说,我们将用同样的方法进行SED发动机的试验。GDE-2比SED(宽度为230mm)略长、略宽一点,由于它是焊接结构而不是螺栓紧固结构,而且是定几何进气道而不是可变几何进气道,因此质量还要略轻一点。不过,二者的燃烧室、冷却系统和控制系统是相同的。第一台SED超燃冲压发动机的编号为SJX61/1,于2006年10月开始地面试验。由于X-51A将验证发动机在Ma=4.5~5范围内的加速和运行性能,因此地面试验也将进行低、中、高马赫数试验。SJX61/2飞行许可发动机将在2007年进行试验,紧接着还要对4台SJY61飞行发动机进行试验。X-51A将由B-52轰炸机发射,火箭助推器将其加速到Ma=4.5~5后与之分离,然后依靠超燃冲压发动机加速到Ma=6.5的速度。该发动机将成为第一台在整个马赫数范围内加速的超燃冲压发动机。默西埃说,我们希望它能从亚声速/超声速混合燃烧转变到纯粹的超声速燃烧。伯杰说,虽然飞行试验时超燃冲压发动机的工作时间只有5min,但是一旦达到热平衡,它的运行时间就能达到我们预期的那么长。预计到2009年飞行试验结束时,超燃冲压发动机将达到6级技术准备等级,不过X-51A并不是一种潜在的武器,而是发动机试车台。目前正在讨论X-51B试验计划,准备用X-51B试验一种组合循环发动机(由空军研究实验室和国防高级研究计划局联合研究)。这种组合循环发动机可能是把HyTech超燃冲压发动机与高马赫数涡喷发动机组合在一起,后者可能是YJ102R的后继型号,根据高速涡轮发动机(HiSTEND)计划,目前正在研制中。根据HiSTEND计划,罗罗公司和威廉姆斯国际公司打算验证Ma=4+的涡喷发动机,这种发动机是在以前曾试验过的小型超声速发动机上加装冲压燃烧室改进而成。罗罗公司自由工厂的XTE18发动机(基于2005年试验的XTL17验证发动机)预定在2008年第1季度进行试验,大约1年后,威廉姆斯国际公司的#11#飞航导弹 2007年第10期图4 FALCON计划的高超声速试验飞行器(HTV)XTE88发动机也将进行试验。4 碳碳冲压燃烧室据空军研究实验室HiSTED项目主管称,XTL17验证发动机检验了RATTLRS的大部分技术,威廉姆斯国际公司在2004年试验了XTL87超声速发动机,并根据RATTLRS计划在开发XTL88的基础上设计。尽管是针对一次性使用发动机的,但所开发的技术同样也适用于可重复使用发动机。这些技术包括碳碳冲压燃烧室,这种燃烧室燃烧的是混合空气,即由中心空气和围绕发动机输送的外涵空气混合而成的空气。美国国防高级研究计划局的FALCON计划采用的是涡轮基组合循环发动机,即把高马赫数涡喷发动机与碳氢燃料超燃冲压发动机组合在一起,这是美国的另外一项高超声速验证计划。虽然其它计划的侧重点是推进系统试验,但FALCON计划则准备通过一系列无动力飞行器的飞行试验,解决持续高超声速飞行的空气动力学和材料等技术难题。该计划最终可能开发可以从常规跑道起飞、以Ma=6的速度巡航飞行,并返回着陆的有动力无人验证器。该计划的飞行验证器是缩比高超声速巡航飞行器(HCV),其质量为38500kg,有效载荷为5500kg,可从美国本土起飞,以Ma=10的速度飞行,能在2h内到达世界任何地方。 洛马公司打算制造两架一次性使用HTV-2试飞器,分别在2008年底和2009年中进行试验。飞行器将由火箭助推到91.2km高度,然后以Ma=13~19的速度滑翔30min。该计划还要求制造一架可重复使用HTV-3试飞器,进行两、三次Ma=10的飞行试验,用于验证高气动效能和可重复使用热防护性能。国防高级研究计划局还打算对高超声速巡航飞行器(HCV)的涡轮基组合循环(TBCC)发动机进行地面试验。这种发动机由罗罗公司自由工厂研制的高马赫数涡轮发动机和普惠Rocketdyne公司研制的双模态冲压发动机组成,采用洛马公司设计的/内旋式0进气道。2006年进行了进气道、超燃冲压发动机和一体化喷管的风洞试验,2007年可能进行缩比TBCC发动机的试验。X-43和X-51均利用飞行器前体和平面进气道捕获并压缩发动机气流,FALCON计划则采用三维/流线-追踪0进气道,它可使气流转向推进系统中心线。其优点是,质量轻、面积小,压力恢复系数高,发动机与飞行器的一体化更为有效,可获得较高的升阻比。