X-51A超高聲速飛行器
X-51A超高聲速飛行器
新聞提示
“乘波者”抓住了最后機會。日前，美國X-51A型高超音速飛行器成功完成最后一次試飛。此前，“乘波者”共進行過三次試飛，均未能實現(xiàn)以6倍音速飛行300秒的初始計劃。
這一次，以5.1倍音速飛行了3分半鐘之后，“乘波者”墜入太平洋自毀。雖然沒達到6倍音速的設(shè)計速度，但制造商之一的波音公司宣稱，這次試驗取得了“歷史性成就”。因為在那3分半鐘里，普通導(dǎo)彈已經(jīng)無法擊中它了。
作為美國國家航空航天局的“寵兒”，“乘波者”有何過人之處？請看解讀。
試飛路不順利
“乘波者”崎嶇坎坷的試飛之路從2010年就開始了。
那一年，由普惠公司和波音公司制造的4架“乘波者”驗證機交付美國空軍。美軍希望通過多次測試，使其最終達到以6倍音速飛行300秒的計劃。
2010年5月28日，“乘波者”第一次試飛打響?！俺瞬ㄕ摺币约s5倍音速飛行了143秒。后來，飛行器失去加速度和推力，空軍地面控制人員遙控將其摧毀。雖然失敗了，但“乘波者”表現(xiàn)出的優(yōu)質(zhì)性能仍讓美軍興奮不已。
一年之后，“乘波者”在太平洋上空進行了第二次試飛。從母機B-52H戰(zhàn)略轟炸機上脫離出去后，“乘波者”的速度成功達到5倍音速，超燃沖壓噴射器也實現(xiàn)乙烯點火。
此刻，為達到全動力，飛行器需要向JP7燃料運行轉(zhuǎn)換。但由于發(fā)動機進氣口未激活，無法實現(xiàn)燃料轉(zhuǎn)換。最終，“乘波者”在達到試驗范圍內(nèi)的海洋區(qū)域后墜毀。這次試飛又失敗了！
2012年8月14日，第三次試飛又開始了。這一次，“乘波者”飛行器迅速將飛行速度提升到預(yù)期的6倍音速，但只飛行了16秒，就墜落太平洋。美空軍在調(diào)查研究數(shù)月后，對“乘波者”飛行器墜落的原因作出解釋：由于其中的一個作動器突然開啟，致使X-51A飛行器發(fā)生故障，最終導(dǎo)致飛行器螺旋下降。
發(fā)動機是道坎
命運多舛的“乘波者”以一次次的失敗，向世人普及著高超音速飛行器的概念。
多數(shù)專家認為，高超音速飛行器指的是飛行速度超過5倍音速的飛機、導(dǎo)彈、炮彈之類的有翼或無翼飛行器。
飛行器的飛行速度一旦達到高超音速，面臨著很多的技術(shù)難題。首當(dāng)其沖的是發(fā)動機瓶頸。飛行速度一旦超過音速，飛行器的進氣道吸入空氣的速率將受到激波效應(yīng)的影響無法達到發(fā)動機的需求，進而發(fā)動機也就無法產(chǎn)生足夠的動力。
“乘波者”飛行器使用的是超燃沖壓發(fā)動機，它可以在攀升過程中從大氣里攫取氧氣。放棄攜帶氧化劑，從飛行中獲取氧氣，意味著在消耗相同質(zhì)量推進劑的條件下，超燃沖壓發(fā)動機能夠產(chǎn)生4倍于火箭的推力。
超燃沖壓發(fā)動機最大的技術(shù)難點是點火。難度有多大？在高超音速氣流中添加燃料并點火，相當(dāng)于在龍卷風(fēng)中點燃一根火柴！
“乘波者”飛行器幾次試飛，都已經(jīng)完成了超燃沖壓發(fā)動機的點火，但是燃燒室內(nèi)氣流的不均勻以及超燃沖壓發(fā)動機本身低速性能不好，一直是影響“乘波者”飛行器穩(wěn)定飛行的潛在威脅。
專家們指出，目前超燃沖壓發(fā)動機的6倍音速只是點火技術(shù)的瓶頸。一旦突破之后，飛行器的飛行速度將有更大的提升空間，而不僅僅只是6倍音速。
技術(shù)前景誘人
正如武俠小說概括的一句要義：天下武功，唯快不破?！俺瞬ㄕ摺狈磸?fù)試飛的背后，是美軍對“全球快速打擊”武器的迫切需求。
“乘波者”所要達到的速度是6倍音速，時速約為6400公里。一旦實現(xiàn)，飛行器從加利福尼亞范登堡空軍基地發(fā)射升空后，可在60分鐘內(nèi)攻擊地球上任何目標(biāo)。
美軍有關(guān)人士透露，他們計劃在2015年左右利用“乘波者”飛行器試飛后論證的技術(shù)，開發(fā)出一種快速打擊導(dǎo)彈。這種導(dǎo)彈對其他國家的威懾力將等同于核武器的威懾力。
除此之外，利用這一技術(shù)開發(fā)的各型飛機在性能方面也會有很大提升：偵察機將能在短時間完成作戰(zhàn)區(qū)域的偵察，戰(zhàn)斗機將能快速部署到指定的作戰(zhàn)區(qū)域，運輸機將能及時把物資運輸?shù)侥繕?biāo)地域……
相比軍事方面的應(yīng)用，“乘波者”飛行器的高超音速技術(shù)在航天方面的應(yīng)用前景更加誘人——
把它用于新型“太空運輸載具”，利用超燃沖壓發(fā)動機結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、成本低、比沖高的優(yōu)點，發(fā)射衛(wèi)星將不再需要多級火箭。
把它用于航天飛機，在同等質(zhì)量的情況下，航天飛機離開地球時的速度比現(xiàn)在至少要高出四倍——這也意味著航天飛機將能夠飛得更遠。
此外，“乘波者”的推力系統(tǒng)可以在兩種模式下運行。低速條件下，使用有氧燃料；高速條件下，使用無氧燃料。切換技術(shù)成熟之后，航空與航天能力將實現(xiàn)無縫對接。屆時，再加上高速飛行時材料耐熱技術(shù)上的突破，空天飛機將不再是夢想。它不但可以在大氣層內(nèi)外自由飛行，而且可以重復(fù)使用。
除了美軍，目前俄羅斯、法國、澳大利亞等國也不斷展開類似的試驗。他們看重的正是其誘人前景。
這一次，“乘波者”抓住了屬于它的最后機會。但是人類探索高超音速飛行器的步伐才剛剛開始。
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