来自北方的呼啸

2017-08-09 21:51秦岛
兵器 2017年8期
关键词:冲压高超音速飞行器

秦岛

苏联在高超音速飞行器和超燃冲压发动机领域也处于领先地位,从苏联中央空气流体动力研究院到各个设计局都长期致力于高超音速技术的理论研究,在高超音速领域取得了一系列重大突破,其中包括计算流体力学(CFD)技术、亚燃/超燃冲压发动机、碳氢燃料和防热系统设计等关键技术。

米格- 105“螺旋”

20世纪50年代初,苏联曾使用德国”银鸟”飞行器进行风洞试验,积累了助推-滑翔式飞行器大量的风洞试验数据。20世纪60年代米高扬设计局设计了米格-105“螺旋”飞行器,它的第一级为可重复使用的高超音速飞行器,第二级为带有推进系统的升力体飞行器。依靠第一级推进到约马赫数5.5时释放第二级,第二级利用上面级推进加速入轨,它可以看作苏联的X-20。

米格-105项目实际上只制造了升力体轨道器原型机,并使用图-95轰炸机进行了三次高空投放试验,其中包括两次亚音速和一次超音速投放试验。投放后原型机使用自身的推进系统加速到高超音速,高度也增加到 50-120千米。据称最后一次试验中原型机爬升到120千米的高度并达到马赫数8的速度。苏联还为“螺旋”研制了1∶2的缩比原型机BOR-4。BOR-4在“螺旋”取消后仍然继续使用宇宙-3火箭发射进行飞行试验。其中包括1980年的亚轨道试验和1982-1984年的四次轨道试验。澳大利亚空军的P-3“猎户座”曾拍摄到BOR-4溅落印度洋的照片(下图)。从“螺旋”到BOR-4,苏联的升力体试验飞行器积累了丰富的试验数据。美国的HL-20飞船甚至今天的“追梦者”飞船,都源自对它的山寨模仿。

超燃冲压发动机

苏联/俄罗斯在超燃冲压发动机上同样硕果累累,其中最著名的是使用中央空气流体动力研究院和中央发动机研究院使用SA-5导弹发射的“冷”/Kholod轴对称亚燃/超燃冲压发动机计划。它在1991年到1998年间进行了5次飞行试验,其中第一次是俄罗斯自有资金的试验,二、三次是俄法联合试验,最后两次是俄美联合试验。

1991年11月27日的第一次试验中,“冷”双模冲压发动机把飞行器在18千米高空从马赫数3.5加速到马赫数5.6。这次试验中发动机工作时间27.5秒,其中最后数秒时间里实现了超音速点火燃烧,是世界上首次在飞行试验中实现了从亚音速燃烧模式转换到超音速燃烧模式。这在冲压发动机的发展史上是一个重要的里程碑,超燃冲压发动机从此进入应用开发阶段。俄罗斯这次试验的成功,带来了法国和美国的合作资金,更增强了西方、尤其是美国加速发展高超音速技术的决心,并对美国Hyper-X试验提供了宝贵的实验数据。不过“冷”计划的轴对称超燃冲压发动机受到限制较多,包括它使用液氢燃料,虽然便于研究试验但实用化有很大困难,为此俄罗斯已经取消了“冷”计划。

俄罗斯中央空气流体动力研究院和中央发动机研究院还联合进行了“针”(IGLA/GLL-VK/GLL-8)计划,这是一个使用一体化升力体气动布局和三模态冲压发动机的先进设计,凝聚了苏联到俄罗斯多年以来高超音速基础研究的精华。但技术先进性也意味着难度很大和试验成本过于昂贵。它需要使用SS-19液体洲际导弹发射,多年以来雷声大雨点小,目前尚未进行实际飞行试验。俄罗斯彩虹设计局还改进了AS-4/X-22导弹,成为彩虹D2高超音速试验飞行器,用于为亚燃/超燃发动机提供试验平台。

俄罗斯金刚石设计局也不甘落后,计划以米格-31截击机挂载S-300防空导弹系统的48N6导弹,发射GLL-31试验飞行器,进行亚燃/超燃发动机试验。GLL-31同样使用液氢燃料,2004年已经进行了首次飞行试验,其最大速度可达马赫数8-9。它的外观很像美国的X-43A,但实际上有很大区别,因为它是亚燃/超燃冲压发动机系统,启动速度要比X-43A低得多。

俄罗斯也进行了更具实用价值的碳氢燃料超燃冲压发动机技术的研究,也就是使用伊尔-76运输机空投的GLL-AP-02试验项目。它被誉为俄罗斯版的X-51A飞行器,设计参数也与之类似,设计飞行速度可达马赫数6,飞行高度可达27千米,重量约600千克。2013年莫斯科航展上展出的GLLAP-02表面上有烧蚀的痕迹,但尚不清楚是否是飞行试验的结果,有传闻称它已经进行了飞行试验但以数据丢失告终。

由于经济长期不尽人意,俄罗斯的超燃沖压发动机资金比较缺乏,不得不开展对外合作,这不仅体现在“冷”计划上。俄罗斯和印度正在联合研制马赫数5-6的“布拉莫斯2”导弹。以此为契机,俄罗斯国产的“锆石“高超音速战术巡航导弹也呼之欲出。据称2016年俄罗斯进行了“锆石”高超音速导弹的首次试射,它拥有马赫数5-6的速度,突防能力有了巨大的提高。

综上所述,俄罗斯利用苏联时代的导弹技术和超燃冲压发动机技术启动了多个高超音速超燃冲压发动机项目,对世界高超音速研究的发展起到了重要的推动作用,并通过国际合作的机会,不仅维持了研制队伍也推动了技术水平的提高。

再入机动弹头

俄罗斯同样进行了再入机动弹头的研制。20世纪60年代就进行过多次试验。不过和美国一样,在突破了分导式多弹头技术后,机动弹头技术并没有在苏联洲际导弹上得到应用。尽管如此,随着美国导弹防御系统的不断发展,20世纪80年代机械制造科研生产联合体提出了研制滑翔有翼再入飞行器的计划,当时称为“信天翁”项目,而其中的滑翔机动再入飞行器则被称为Yu-70。它使用SS-19导弹发射,具备一定的机动能力,可以更有效地突破美国当时研制的“星球大战”计划战略防御体系。 Yu-70在苏联解体前进行了两次飞行试验,但都宣告失败。

苏联解体后Y u - 7 0项目由于经费不足而搁置。但进入21世纪后,面对美国退出反导条约的不利局面,Yu-70作为杀手锏重新得到俄罗斯官方的关注。俄罗斯政府相关文件将其称之为“4202”项目,在“信天翁”的基础上进行了一些改进,比如新的滑翔机动再入飞行器就重新编号为Yu-71。俄罗斯对Yu-70/71飞行器进行了多次飞行试验,不过飞行试验由于种种原因先后失败,直到2016年4月的试验中Yu-71才首次获得成功,堪称三十年磨一剑。

俄罗斯的高超音速技术研究有着自己的需求和特色,一方面试图用高超音速战术导弹提高自己的战术打击能力,另一方面其助推-滑翔技术几乎就是为战略核力量量身定制的。据称4202项目和Yu-71再入飞行器主要用于俄罗斯未来的洲际弹道导弹,比如最新的液体重型弹道导弹“萨尔玛特”很可能就使用源自4202项目的再入机动弹头。

猜你喜欢
冲压高超音速飞行器
本期导读
飞机钣金件冲压成型工艺研究
飞去上班
基于STM32的四轴飞行器控制系统设计
基于STM32的四轴飞行器控制系统设计
比声音快五倍
印度成功完成首次超燃冲压发动机带飞点火试验
神秘的飞行器
737NG飞机冲压空气系统原理与故障分析