10分钟就能打遍全球?难怪美军如此看重这款超级武器

  • 日期:07-10
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你能在10分钟内击中世界吗?难怪美国军方非常重视这种超级武器

[军用武术]:风林火山

最近,据美国媒体报道,中国再次成功测试了高超音速飞机。它的最高飞行速度是6马赫,可以在2020年使用。一方面,美国大力宣传中国超音速武器的威胁,另一方面,它正在大力发展自己的高超音速武器 - HTV- 2猎鹰和X-51直升机。目前,X-51已经进行了多次飞行试验。那么,这种高超音速导弹有多强大,可以帮助美国军队在全球范围内进行战斗?高超声速飞行器有什么样的武器?

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▲HTV-2猎鹰

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▲X-51驭波者

超燃冲压发动机

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▲冲压式喷气发动机的原理非常简单(傻瓜可以理解)

说到高超音速武器,你必须提到冲压式喷气发动机。冲压式喷气发动机的原理和技术并不复杂,但由于其燃油效率远低于涡轮喷气发动机的燃油效率,因此仅用于某些导弹。到目前为止,实用的冲压式喷气发动机都是燃烧式冲压式喷气发动机。所谓的次燃烧冲压是指燃烧室的亚音速。然而,就高速飞行而言,亚燃烧冲压具有致命的缺陷。由于需要依靠正冲击波将即将到来的超音速气流减速到亚音速气流中,气流压力和温度在减速期间急剧上升,并且飞行速度更高。亚音速流的压力和温度越高。 8马赫面空气动能高达3000千焦/千克,这个数字相当于典型碳氢燃料燃烧的热值,燃料在高温下会分解,导致热量的有效释放减少,如5200K高温,即使是简单的氢氧混合物也只能释放14%的能量用于加热。因此,副燃烧冲压式喷气发动机通常工作在1-5马赫,并且效率在5马赫以上急剧下降。不仅如此,高飞行速度带来的高温和高压,燃烧材料特性的要求腔室超出了人体材料技术的极限。

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▲带有冲压式喷气发动机的黄铜骑士防空导弹

然而,高温问题可以通过燃烧室的气流的超音速流来解决,其形成超燃冲压发动机。由于气流没有减速,因此进气的升温和加压程度不会太严重。燃烧室可以通过使用现有材料来实现,并且可以减轻燃料热解的问题,但是超燃冲压发动机的燃烧室的燃烧速度太快。点火和稳定燃烧非常困难。在这方面,有一个着名的比喻,'加扰引擎产生推力(包括点火和稳定燃烧),不亚于在飓风中点燃火柴并保持不朽。

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▲冲压式喷气发动机的另一个问题是高温

自从20世纪50年代对超燃冲压发动机进行研究以来,相关的技术难点还没有被打破,几十年来也没有任何积极的推动力。相反,很好地解决了低超音速下超音速燃烧室中的低温问题。在目前的实验阶段,使用助推火箭直接加速到4.5马赫或更高,避免了这个问题。此外,您可以选择点火点较低的燃油。毕竟,超燃冲压发动机点火的问题不是燃烧室温度低,而是气流太快。

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尽管超燃冲压发动机存在技术障碍,但对超燃冲压发动机的研究并未停止。早在1964年,美国就开始研究超燃冲压发动机HRE,作为更雄心勃勃的单级轨道航天飞机的技术验证项目。 1967年10月3日,XRE验证机用于进行轴对称超燃冲压发动机HRE模型的飞行试验。飞行速度超过6马赫,但由于HRE悬挂在X-15上,因此交叉干扰被暂停。框架中发生结构损坏,飞行试验未成功。 1968年,X-15计划终止,HRE飞行试验取消。后来,NASA和空军开始了一项新的高超音速速度验证程序,编号为X-24C,用于8到12马赫和3到9马赫的高超音速研究。

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▲对高超音速武器的研究也需要大型风洞(中国已经建立)

虽然高超音速验证机在20世纪70年代中途被废弃,但对超燃冲压发动机技术的研究陷入了低谷。兰利研究中心仍然为超音速发动机建造了一个新的实验设备,并对两台超燃冲压发动机进行了风洞试验。这些成功的测试。验证了超燃冲压发动机的性能,可操作性,控制系统和结构解决方案。 1986年,NASA,国防部和工业界联合开展了NASP(国家航空航天)项目。这个雄心勃勃的项目是开发基于超燃冲压发动机的单级轨道航天器。但是,由于技术障碍和设计过程中性能指标的不断降低,预算和重量都在增加。冲压式喷气发动机达到25马赫的目标直接栏杆。在第二阶段的发展中,动态极限理论的最大速度只能达到20马赫,考虑到耐热结构,速度限制在17马赫。

在冷战结束和苏联解体的背景下,美国不愿意继续支持昂贵的NASP项目并于1995年初取消该项目。在NASP的发展过程中,美国开展了相当数量的超燃烧冲压技术测试,并获得了大量有价值的数据。然而,在项目取消之前,边界层中的气流紊乱和超燃冲压发动机的正推力问题无法解决。直到1995年,澳大利亚昆士兰大学才首次在风洞中使用超燃冲压发动机来实现真正的推力。

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▲X-51由B-52驱动

同年,美国空军开始实施一项高超音速技术计划,旨在验证燃料燃料超燃烧冲压式喷气发动机技术,其技术范围为4-8马力范围内约1,000公里。 2003年,世界上第一台燃油冷却碳氢燃料超燃冲压发动机的地面测试被宣布。地面测试引擎(GDE-1)在4.5和6.5马赫下进行了测试。 2006年,GDE-2地面风洞试验在兰利研究中心进行。模拟马赫飞行并且发动机燃烧超过300秒。这为X-51A的发动机开发积累了丰富的经验。随着2006年GDE-2发动机测试的完成,X-51A的第一个测试引擎在Langley研究中心的24米风洞中进行了测试。测试于2007年7月完成,经验证为4.6,5.0。和马赫6.5模拟飞行环境。 2008年10月,第二台发动机在地面上进行了测试。在4.6和5 Mach环境中,工作累计达114分钟。

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发动机仍采用燃油冷却技术,使用JP-7燃油冷却燃烧室,这意味着只要燃油供应正常,发动机就可以继续工作。第一次飞行试验的300秒工作时间实际上是携带燃料的。数量不受散热限制。 X-51A的首次飞行时间延迟,直到2010年5月26日。当地时间上午10点,B-52H航母以约0.8马赫的速度释放X-51A。高度约15,000米。在燃烧约60秒后,固体增压器加速至约4.8马赫。高度分离。在超燃冲压发动机运行之前,空气阻力速度暂时降至4.73 Hz,发动机开始加速并在启动后爬升至21,000米。然而,加速度仅为0.15g,远低于原计划的0.22g。 X-51A速度超过5马赫后,开始减速。具体原因不明。在超燃冲压发动机运行140秒后,X-51A遥测信号丢失。安全官员决定终止飞行测试并启动自毁计划。试飞速度仅为5马赫。尽管未知的减速和减少的燃烧时间,140秒的超级内燃机工作时间仍然是一个历史性的突破。

未来前景

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▲美国一小时全球打击计划

对于战术高超音速作战,使用固体火箭助推器,超燃烧冲压发动机推力和短时工作不是障碍,X-51A发动机在模拟飞行环境的地面试验中已经达到300秒的工作时间。虽然第一次试飞未能达到300秒的工作时间指标,但随后的几次试验,实现这一目标并不是太大的问题。在600马赫的300马赫的速度下,加扰功率部分的飞行距离仅为600公里,火箭助推与高空滑翔之间的距离足以在10分钟内达到1000公里的目标。因此,战术高超音速打击能力似乎在美国军方的触手可及范围内。

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