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高超音速武器是指飞行速度超过6倍音速的武器。高超音速在军事上具有很重要的意义,高超音速武器航程远、速度快、结构简单、性能超卓,能两小时打遍全球的武器,被军事专家称为继螺旋桨、喷气推进器之后航空史上的第三次革命性成果,主要体现是超然冲压发动机、变循环发动机技术的突破,近来又听着我们有个“立式斜爆轰变循环发动机”获得突破,总之,就是先进推进技术的突破与电子技术的大量应用让武器做高超音速飞行成为可能。
在高超音速武器领域,美国已失世界第一的位置
目前世界已形成三种技术流:以美国为代表X—9、X—51大气层中飞行的高超音速巡航导弹技术;以俄罗斯为代表先锋、匕首、锆石的桑格尔弹道技术(在临近空间打“水漂”);以我国为代表wU—14、东风17、无侦8的钱学森弹道技术(乘波体)。(各类高超音速武器采用何种弹道方式尚无法得知,而且各国3种技术都在攻关,只是突破的方向不一样。为介绍方便,暂按以上分类,见谅)
一、美国x51走的是高超音速巡航导弹的技术路线:
美国其历年来验证的高超音速项目很多,比较典型的有NASP,HyTech,Hyper-X,ARRMD,HyFly,NGLT,NAI,FALCON和X-51A;近年以x51风声水起,x59的的飞行原理与飞机类似,但它安装的是超燃冲压发动机,这类发动机能赋予x51更大的动能,速度超过5马赫,能助美国半小时打遍全球,据报道:美国除第一次实验超过300秒,射程4000英里还算得过去(原文如此),其它均发射几十秒就落地了。主要原因就是超燃冲压发动机技术难度太大。
美国x51就是由B52挂载,给它提供一初速,然后x51火箭发动机启动,将它速度推至5马赫以上,然后超然冲压发动机启动,将速度保持至目标。
超燃冲压发动机是指燃料在超音速气流中进行燃烧的冲压发动机。在采用碳氢燃料时,超燃冲压发动机的飞行Ma数在8以下,当使用液氢燃料时,其飞行马赫数可达到6~25。超声速或高超声速气流在进气道扩压到马赫4的较低超声速,然后燃料从壁面和/或气流中的突出物喷入,在超声速燃烧室中与空气混合并燃烧,最后,燃烧后的气体经扩张型的喷管排出。它的难点是温度太高,风力太大,不是把发动机烧坏了就是风把发动机机芯火焰吹灭了。
美国在x51项目还不死心,后来又与加拿大发展一个同类项目HWIT,无果,现已又加入其它两类高超音速项目。据报道:2020年8月8日,美国爱德华兹空军基地宣布ARRW(空射快速响应武器)取得新进展,完成了其最后一次挂飞测试。?参与此次测试使用的是ARRW的IMV-2(2号带仪器测量载具),测试验证了ARRW和B-52H的整合和通信能力,现在ARRW已经完成了两次挂飞测试,这里程碑性事件意味着今年晚些时候ARRW将可以进行其首次助推器试射。
尽管如此,美国在高超音速武器方面已落后中俄5年以上。
据报道,这三款导弹就是弹道导弹,据此推断,这三款导弹走的是桑格尔弹道路线,就是利用火箭将弹头打出大气层,让其在回落的过程中获得极大初速,回落时经过设计的弹道并保持一定姿态再入,让其利用反作用在临近空间再次飞起来,如此反复,就如我们俗称的“打水漂”。这种飞行应该安装了姿态矫正装置,不然方向将无法把握,落点更无法控制。至于是否有的动力装置,目前还不得而知。
?目前俄罗斯已形成海军的“锆石”、空军的“匕首”、陆地的“先锋”组成的“三位一体”的高超音速力量,而且核常兼备。这一切都得益于特朗普退出《中导条约》,才让俄罗斯有机可乘,而美国正有《中导》限制,这些年才一直在大气层时寻觅。现在回头想想,特朗普是俄罗斯高超音速武器最大功臣。
我国走的是桑格尔弹道还是钱学森弹道外界尚无知晓,但我国两种弹道都玩得挺溜:我国的嫦娥五号携月球返回地球,就是在大地层打了几个“水漂”,落地位置与设计中心不到200m——这是一个球体,不是高超音速导弹的水漂体达到的精度。如果是经过设计的弹头,其结果就是——据报道:北京时间2020.8.26日,解放军分别从青海发射了一枚“东风-26”中远程弹道导弹,以及一枚从浙江发射的“东风-21D”中程弹道导弹,这两枚导弹的目标位于海南和西沙群岛之间的一艘靶船。我想这两种导弹走的就是桑格尔弹道。
桑格尔弹道与钱学森弹道有很类似的地方,所下面我们来介绍一下钱学森弹道:我们知道,飞行体在进入高超音速时,机体的表面会产生大量的激波,这种激波的力量极其强大,甚至能撕裂飞行器,而钱学森弹道就是将激波转移至机腹前缘,让激波将飞行体浮起来,就是我们俗称的“乘波体”。
不同的是桑格尔弹道需要多次进出大气层,而钱学森弹道只需入一次大气层,然后在大气层内滑行,优点是精准度更高。东风17应该属于这种类型。
央视曾公布多种乘波体,如此自信,想必是其它人看了也学不会。也许这种乘波体上还安装一个神器——变循环发动机,目前据说能连续工作50多秒,可间隙间断工作,这种发动机一旦能进入1小时左右的连续工作,那空天飞机就成为可能。但现在放在乘波体上足够用了。
变循环发动机能以多种模式(包括涡轮模式、涡轮风扇模式和冲压模式、甚至火箭发动机模式等)工作,因而在亚声速、跨声速、超声速和高超声速飞行状态下都具有良好的性能。
在高超音速导弹方面,我国突破最早,技术水平也最高,wu—14在很多年前已现身,DF21、DF26也大量服役,其实早在上世纪60年代就开始了钱学森弹道、桑格尔弹道研究,只是受当时计算机能力、传感器水平、材料科学的限制才拖延至今。俄罗斯在高超音速武器方面那是不鸣则已,一鸣惊人;俄罗斯的高超音速武器的军力形成最快,目前只有多款高超音速武器在海、空、火箭军服役,主要原因是俄罗斯应该在这些方面早已突破,就等特朗普废《中导条约》——普京大帝就早知道有这么一天[捂脸][捂脸][捂脸]。美国就没这么走运,受《中导条约》的限制,美国选择了一条最难路——高超音速巡航导弹,因技术迟迟得不突破,现在又回过头来学中俄——但此时技术水平已落中俄的不止5年。
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刘俊林