国外高超音速飞行器现状及有关工艺技术研究
X-15高超音速研究机
X-15X-15 高超音速研究机X-15 是美国在20 世纪60 年代初期，为了研究和测试高超音速飞行而研制的一款飞行器。
该机器的诞生极大地促进了高速飞行的研究和发展，为美国空军、NASA 等机构做出了巨大的贡献。
本文将对X-15 进行详细的介绍。
一、X-15 的发展历程X-15 研究机的诞生源于美国国防部对超音速飞行技术的需求。
20 世纪50 年代末期，美国空军的X-1、X-2、X-3 等研究机已经开始研究超音速飞行，但是它们只能进行短暂的飞行，而且速度和高度都有限制。
因此，美国国防部决定开展一项新的计划，即X-15 研究机计划，来探索高超音速飞行的技术难题。
X-15 研究机计划于1954 年启动，由美国航空航天局(NASA)、美国空军以及北美航空公司(North American Aviation)共同研发。
设计者和工程师们在技术上面对着巨大的挑战，例如，如何制造一个能够承受高超音速飞行的飞机前缘、如何保证飞机瞬间爆发时的安全性、如何让飞机在高空飞行时进行有效的控制等等。
经过四年多的时间，X-15 终于在1959 年第一次起飞，并且进行了长达十年之久的研究活动。
二、X-15 的设计与技术特点1、外形设计X-15 的外形类似一架修长的导弹，长度为15.3 米，翼展为6.7 米，整个机身为金属制造，具有很高的安全性和坚固度。
机身前端与翼部分采用了钛合金的制造材料，这类材料可以有效地承受高温、高压等环境条件的考验。
机身内部还搭载了先进的通讯设备、控制系统、仪表等设备。
2、动力与推进系统X-15 采用了三个不同的动力装置：发动机、火箭和固体燃料火箭。
在低空时，发动机和火箭是其主要推进力来源；当到达高空后，需要用固体燃料火箭给予推进力。
其中，XLR-99 发动机是X-15 的核心动力设备，能够产生超过60,000 磅(约合27,000 公斤)的推力。
3、控制系统X-15 的高超音速飞行速度，在很大程度上依赖于其先进的控制系统。
X51高超音速飞行器
X51高超音速飞行器据提前出版的美国著名科技刊物大众机械师介绍，美国空军研究试验室正在开展一个名为“驭波者”X－51的新一代超高速导弹项目，前期的测试工作已经完成，目前正在进行地面测试，整个项目的试验到2008年结束，预期2009年能正式发射。
根据公布的性能指标，X－51头部扁平，充分考虑到高速飞行时的空气动力学需求，外形借鉴了宇宙飞船和巡航导弹的特点。
弹体由镍合金制成，长约3.5米，重量和体积都与一般的导弹差不多，可任意搭载到轰炸机或战斗机上，是一种标准的空对地巡航导弹。
但它的速度又让它有别于其他巡航导弹。
据介绍，X-51由B－52轰炸机带到3.5万英尺的高空发射，然后速度达到5马赫，也即约6000公里／小时，在20分钟内从阿LA伯海打到阿富汗东部，也几乎可以在一小时内对地球上任何一处目标实行精确打击。
X-51将是世界上第一个能够达到如此高速的空射巡航导弹，以前，只有弹道导弹和宇宙飞船才能达到这种速度。
X51采用超燃冲压发动机验证机(S ED-WR),该验证发动机长26英尺,4000磅,采用碳氢燃料.据美国《空中攻击网站》2010年3月9日报道，美国空军即将开始对X-51“乘波者”高超声速飞行器进行首次飞行试验，试验总共将进行4次。
与以前的同类飞行器相比，X-51能够提供更长的滞空时间与更远的飞行距离。
X-51高超声速飞行器的首飞预计将在3月底进行。
波音公司位于圣路易斯市的防御、空间及安全系统分部从2003年开始承担空军研究实验室(AFRL)和国防预先研究计划局(DARPA)的这一研制任务。
环球时报5月27日报道美国于5月26日在加利福尼亚州南部太平洋海岸的军事基地，成功试飞一架高压喷气动力驱动的高超音速X-51A飞行试验机。
X-51采用普惠公司制造的空气式超音速燃烧冲压引擎，可提供超过200秒的动力冲压支持，使飞机在短时间内提速至5马赫。
之前最长的动力冲压时间来自美国航空航天局所制造的试验机X-43——可提供12秒的动力支持。
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。
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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。
高超音速飞行器的推进系统设计
高超音速飞行器的推进系统设计在现代航空航天领域，高超音速飞行器的研发已成为各国竞相角逐的焦点。
而推进系统作为高超音速飞行器的核心组件，其设计的优劣直接决定了飞行器的性能和成败。
高超音速飞行器通常指飞行速度超过 5 倍音速（约 1700 米/秒）的飞行器。
在这样的高速条件下，传统的推进系统面临着巨大的挑战。
首先，空气的压缩和摩擦会产生极高的热量，这对推进系统的材料和冷却技术提出了苛刻要求。
其次，高超音速飞行时的气流特性极为复杂，需要推进系统能够适应并高效利用这些气流条件。
目前，常用于高超音速飞行器的推进系统主要有超燃冲压发动机、火箭发动机以及组合发动机等。
超燃冲压发动机是高超音速领域的研究热点之一。
它利用飞行器在高速飞行时产生的高冲压来压缩进入发动机的空气，然后与燃料混合并燃烧产生推力。
这种发动机的优势在于其在高超音速下具有较高的效率，且结构相对简单。
然而，超燃冲压发动机的工作范围相对较窄，需要飞行器达到一定速度后才能启动，并且在低速时无法正常工作。
火箭发动机则具有强大的推力和广泛的工作范围，不受飞行速度的限制。
但其缺点也较为明显，即燃料消耗量大，续航能力相对较差。
为了充分发挥各种发动机的优势，组合发动机的概念应运而生。
例如，将火箭发动机与超燃冲压发动机组合，在飞行器起飞和加速阶段使用火箭发动机，达到一定速度后切换到超燃冲压发动机，以实现更高效的飞行。
在推进系统的设计中，燃料的选择也是至关重要的一环。
液氢具有高能量密度和良好的燃烧性能，是一种理想的燃料，但它的储存和供应存在较大难度。
此外，碳氢燃料如煤油等，虽然能量密度相对较低，但在储存和使用上更为方便。
除了发动机类型和燃料选择，推进系统的热管理也是设计中的关键问题。
高超音速飞行产生的巨大热量可能会导致发动机部件的损坏甚至失效。
因此，需要采用先进的冷却技术，如再生冷却、发汗冷却等，来有效地降低部件温度。
进气道的设计同样不容忽视。
良好的进气道设计能够确保足够的空气进入发动机，并在压缩过程中保持较低的能量损失。
高超音速飞行器的热防护技术
高超音速飞行器的热防护技术在当今的航空航天领域，高超音速飞行器的发展备受关注。
这类飞行器以其惊人的速度展现出了巨大的潜力，但同时也面临着一系列严峻的挑战，其中热防护技术就是关键之一。
当飞行器以高超音速飞行时，其表面与空气的剧烈摩擦会产生极高的热量，使得飞行器表面温度急剧升高。
这种极端的热环境对飞行器的结构和材料提出了苛刻的要求。
如果不能有效地解决热防护问题，飞行器可能会因为过热而出现结构损坏、性能下降，甚至引发灾难性的事故。
为了应对这一挑战，科学家和工程师们采用了多种热防护技术。
其中，热障涂层是一种常见的方法。
热障涂层是一种具有良好隔热性能的涂层材料，涂覆在飞行器的表面。
它能够有效地减少热量向飞行器内部的传递，从而降低内部结构的温度。
这种涂层通常由陶瓷材料制成，如氧化锆等，因为陶瓷具有良好的耐高温和隔热性能。
另一种重要的热防护技术是主动冷却系统。
主动冷却系统通过在飞行器内部循环冷却介质，如液体或气体，来带走飞行器表面产生的热量。
这种方法可以更有效地控制飞行器的温度，但同时也增加了系统的复杂性和重量。
隔热材料的选择也是热防护技术的关键。
传统的隔热材料，如石棉、玻璃纤维等，在高超音速环境下可能无法满足要求。
新型的隔热材料，如气凝胶、碳纳米管等，具有更优异的隔热性能和轻量化特点，成为了研究的热点。
在热防护结构设计方面，也需要进行精心的考虑。
例如，采用多层结构，将隔热层、承力层和防热层合理组合，以达到最佳的热防护效果。
同时，结构的形状和布局也会影响热流的分布和热量的传递。
此外，材料的热物理性能和力学性能的匹配也是至关重要的。
在高温下，材料的性能会发生变化，如强度降低、热膨胀系数增大等。
因此，需要选择既能承受高温又能保持良好力学性能的材料，并对其进行优化设计。
在实际应用中，热防护技术还需要考虑飞行器的飞行任务、飞行环境和成本等因素。
不同的飞行任务和环境对热防护的要求不同，需要针对性地选择合适的技术方案。
同时，成本也是一个重要的制约因素，需要在保证热防护效果的前提下，尽量降低成本。
080630-高超声速技术研究和发展
MIMI（Module-To-Module)模型是几 个相邻的模块构成，用以确定模块之间 工作的相互影响.至此，模型试验已接近 全部完成。
NASP计划的结束 1994年NASP计划宣布结束，主要原因 有： 经费困难，拨款连年减少； 技术难度大，工作进展慢； NASA 与国会意见分歧。
高超声速冲压发动机 NASP最重要的研究内容是发展从超声速 到高超声速飞行工作的超燃冲压发动机， 开始是进行发动机模型研究，使用1/7 缩比的超声速燃烧冲压发动机。研究了 多种模型,如GBL模型, A—C模型, SX20模型, SXPE和CDE模型, MIMI模型 等.
以上试验验证了发动机流路设计方法， 验证了几何尺寸，动压，试车台气体成 分，粘性效应，附 面层厚度的影响。
（2）在经济上，高超声速武器将提 高作战的实效性。使用空天飞机，将 降低到达地球低轨道的有效载荷发射 费用，可从航天飞机的每公斤有效载 荷一万美元，RLV的每公斤有效载荷 一千美元，降到使用空天飞机的每磅 一百美元，是解决人类进一步开发太 空资源的重要手段，使空间开发更为 现实；同时，提高了安全性和可靠性。
2. 2 NASP计划 1986年2月4日美国宣布推行NASP计划， 研究水平起降，单级入轨的研究机X-30。 NASP计划目的是发展可完全重复使用、单 级入轨、水平起降、超燃冲压发动机推进 的空天飞机。
主要技术问题有： （1）确定在高马赫数的高超声速冲压发动 机特性； （2）确定空天飞机飞行时，由层流附面层 转换为紊流附面层的转捩点； （3）保证空天飞机高超声速飞行时的稳定 性和可操作性。
X-51A计划主要目的
(1) X-43C: X-43C是NASA和空军联合发展的。飞行 器长16英尺，装备三模块冲压发动机。使 用碳氢燃料超燃冲压发动机，并用燃料冷 却。飞行器被加速到马赫5，超燃冲压发动 机启动，然后自行加速到马赫7。飞行持续 5分钟，演示验证飞行性能。该计划的实现 将为发展高超声速巡航导弹创造条件。
高超声速飞行器鞘套的等离子体频率
高超声速飞行器鞘套的等离子体频率引言高超声速飞行器是一种能够以超过5倍音速飞行的飞行器，具有重要的军事和民用应用前景。
然而，高超声速飞行器在飞行过程中会面临极高的温度、压力和气动力等挑战。
为了解决这些问题，科学家们提出了一种名为鞘套的新型材料，它可以通过等离子体频率来改善高超声速飞行器的性能。
什么是鞘套材料鞘套材料是一种具有特殊结构的材料，可以在高温高速气流条件下提供保护。
它由多层陶瓷和金属薄膜组成，其中金属薄膜可以通过等离子体频率进行调控。
等离子体频率是指材料中自由电子的振荡频率，可以通过调整等离子体频率来改变材料的电磁性能。
鞘套材料可以在高超声速飞行器的外壳上形成一层保护层，用于减少气动加热和气动力，提高飞行器的性能和安全性。
鞘套材料的等离子体频率调控原理鞘套材料的等离子体频率可以通过控制材料的结构和组成来调节。
一种常用的方法是通过改变材料中金属薄膜的厚度和形状来调控等离子体频率。
当金属薄膜的厚度和形状与自由电子的振荡频率相匹配时，会发生等离子体共振现象，从而改变材料的电磁性能。
通过调节金属薄膜的厚度和形状，可以实现对等离子体频率的精确控制，从而优化鞘套材料的性能。
鞘套材料的应用鞘套材料在高超声速飞行器中具有广泛的应用前景。
首先，鞘套材料可以提供优异的热防护性能，可以有效减少高温气流对飞行器的热影响，保护飞行器的结构和设备。
其次，鞘套材料可以减少气动加热和气动力，提高飞行器的飞行稳定性和机动性能。
此外，鞘套材料还可以提高飞行器的隐身性能，降低雷达和红外探测的可能性，增强飞行器的隐匿能力。
鞘套材料的挑战与发展方向然而，鞘套材料在实际应用中面临一些挑战。
首先，鞘套材料的制备工艺和成本仍然较高，需要进一步研究和改进。
其次，鞘套材料的耐久性和可靠性需要进一步提高，以满足高超声速飞行器的长时间飞行需求。
此外，鞘套材料的等离子体频率调控技术还需要进一步研究和探索，以提高材料的性能和适应性。
为了解决这些挑战，科学家们正在不断努力开展相关研究。