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高超聲速導彈發展及高速飛行面臨的挑戰

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HGV

2019年3月11日,英國國際戰略研究所(IISS)發布道格拉斯·巴里的博客文章,評述了導彈技術領域的發展,涉及導彈的軍備控制、速度、準確性和擴散等幾個方面。其中高超聲速導彈發展及導彈高速飛行面臨的挑戰如下:

中國、法國、印度、日本、俄羅斯、美國和英國都對極高速巡航導彈和/或滑翔導彈(HGV)感興趣。俄羅斯聲稱其“先鋒”高超聲速滑翔導彈現已投產并將于2019年入役。滑翔式彈頭將首先裝于UR-100NUTTH(SS-19“花崗巖”)洲際彈道導彈,而后繼的“薩爾瑪特”重型洲際彈道導彈將于本世紀20年代初列裝。與此同時,中國已經測試了美國情報界所認定的WU-14,有時也被稱為DF-ZF。中國不遲于2014年就開始對HGV進行試飛,似乎像俄羅斯導彈那樣已接近入役。美國也在考慮發展HGV,以便為其常規快速全球打擊野心提供部分解決方案,并且在謀求幾種極高速導彈系統。

先鋒

俄羅斯的極高速巡航導彈系統,包括戰術導彈公司在研的GZUR(高超聲速導彈)。據報道,這是一種6馬赫的大型空射對地攻擊導彈,射程約1500公里。3M22“鋯石”高速反艦巡航導彈也在開發之中。同樣,這種武器的速度據報道約為6馬赫。兩者都可以在本世紀20年代初入役。雖然高超聲速吸氣式推進裝置通常與超燃沖壓發動機(超聲速沖壓噴氣發動機)相關聯,但高效的超燃沖壓噴氣發動機才能維持高達6馬赫左右的速度。沖壓噴氣式發動機和超燃沖壓發動機的主要區別,在于沖壓噴氣發動機的燃料是在亞聲速氣流中燃燒,而超燃沖壓發動機的燃料是在超聲速氣流中燃燒。雖然沖壓噴氣發動機和超燃沖壓發動機在機械構造上很簡單,但在超聲速氣流中維持燃燒對設計的要求是相當高的。

雖然中國已開發出YJ-12超聲速反艦巡航導彈,但迄今為止只展示并列裝了亞聲速對地攻擊巡航導彈。就對地攻擊巡航導彈而言,北京有可能試圖跳過超聲速系統,而是在未來10年內推出5馬赫以上的武器。

北京和莫斯科還在研制空射彈道導彈。俄羅斯的“匕首”似乎以9M723(SS-26 Stone)短程彈道導彈系列為基礎。與此同時,中國正在開發被美國國防部稱為CH-AS-X-13的空射彈道導彈。據報道,該導彈是中國正在追求的至少兩種空射彈道導彈計劃之一。 CH-AS-X-13與反艦任務有關,以航空母艦為主要目標。俄羅斯的“匕首”似乎用于打擊海上和地面目標。

在亞太地區,印度和日本都在開展高超聲速巡航導彈研究項目。德里的高超聲速技術演示飛行器(HSTDV)旨在探索極高速飛行所需的技術,而與俄羅斯合作的所謂“布拉莫斯”2項目也與5馬赫以上的導彈有關。日本2019年預算申請也包括對高超聲速巡航導彈技術研究的投資。

在歐洲,法國正致力于以沖壓噴氣發動機為動力裝置的ASMPA空射核巡航導彈的后繼彈。超過5馬赫、被稱為ASN4G的導彈可能是競爭者之一。

導彈高速飛行面臨如下挑戰:

1.動力裝置

?在低馬赫數下,于高馬赫數時有效的推進配置效率不高。在很寬的飛行包線內工作需要在效率或組合系統方面進行折衷。

?存在采用組合發動機或火箭助推裝置的可能性,但其機械構造復雜——昂貴且沉重。

?有各種推進裝置選項。如上所述,采用兩者的組合可能是最佳答案。

2.火箭

?液體推進劑難以儲存。

?工作包線極寬,包括軌道飛行,但在低速時效率不是很高。

?固體火箭發動機在飛行過程中無法調整推力。

3.沖壓發動機——發動機利用前進運動壓縮迎面氣流,之后燃料在亞聲速氣流中燃燒

?在1馬赫以下時效率極低。需要輔助才能達到啟動速度。

?最佳工作速度在2-4馬赫。除了非常特定的速度和高度組合,在其優化范圍之外時效率不高。

?由于燃燒室內的激波效應,超過6馬赫時效率非常低。

?需要經過大量的測試和驗證。

4.超燃沖壓發動機——發動機利用前進運動壓縮迎面氣流,之后燃料在超聲速氣流中燃燒

?燃料只能在超聲速氣流中燃燒。

?使用氫燃料和可變幾何形狀進氣道,它可以在4-15馬赫以上工作。

?軌道飛行時低效。有飛行高度限制。

?大部分未經測試——仍存在許多研制挑戰

5.制導

?高速效應限制了可選的制導方式

?光電和射頻導引頭的工作受導彈前方產生的等離子體的阻礙

?遠程飛行時慣導系統精度降低

?衛星校正導航易受干擾/欺騙

?彈尾中繼制導裝置易受干擾

6.空氣動力學

?在低馬赫數時,適合高馬赫數飛行的升阻比(L / D)布局氣動效率不高。需要在氣動效率上進行折衷處理。

?結構需要較薄以降低阻力,但它們更難以熱效應防護。

?激波附面層導致氣動加熱達到極端溫度。

?洛馬公司測試飛行器的表面溫度高達2000℃。

?鋁合金和鈦合金已不適合。可能必須使用陶瓷。

譯/郭道平 來源:航空簡報

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