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5倍音速!美超燃衝壓發動機第四次試射成功,對中國意味著什麼?

1月30日,DARPA官網上釋出了一條HAWC試射成功的新聞,報道稱洛克希德·馬丁公司的超燃衝壓發動機再次試射成功,已經轉入HACM高超音速導彈專案!從2016年研發開始,神秘的HAWC專案一直未能公開其外形,這究竟是怎樣的一種武器,對中國到底意味著什麼?

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HAWC試射成功:5倍音速,射程550千米

這是HAWC專案的第四次成功試射,在美國高超音速飛行器測試歷史上四次四成功的案例非常罕見,因此美空軍也是相當華麗的辭藻評價了這次試射:

“本月的支援飛行為美國國曆史上最成功的高超音速空氣助燃式飛行試驗專案增添了一個驚歎號,”負責HAWC專案的空軍代表沃爾特·普萊斯說:“我們從HAWC中學到的東西肯定會增強未來美國空軍的能力。”

據DARPA官網給出的資訊,洛馬的這款飛行器速度超過5馬赫,飛行高度達到了60000英尺(18288米),飛行距離達到了300海里(555。6千米),這個資料相當可以。

“HAWC專案創造了一代新的高超音速工程師和科學家,”HAWC專案經理Andrew“Tippy”Knoedler表示:“HAWC還為空氣助燃式高超音速技術界帶來了大量資料和進展。行業團隊認真應對了超燃衝壓發動機驅動的飛行器的挑戰,我們的勇氣和運氣是成功的關鍵”。

DARPA表示,儘管還有大量的HAWC測試資料需要分析整理,但DARPA已經計劃以此為基礎,發展更多的基於該技術的飛行器和導彈,繼續成熟這一機制的發動機,為未來的發展提供技術入口。

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DARPA是美國國防高階研究計劃局,一直都是美國國防部負責研發軍用高科技前沿機構,會進行大量的超前研究,並統一協調以及外包給美各大軍工企業,對於美國這種有強大的科技實力的國家來說,DARPA是一個相當重要的機構。

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HAWC就是DARPA牽頭並由洛克希德馬丁以及雷神公司的合作研究的專案,已經在2021年9月、2022年4月、2022年7月18日和2023年1月30日連續四次成功,目前的HACM(基於超燃衝壓發動機驅動的高超音速巡航導彈)的開發合同已經在2022年9月授予雷神公司,計劃使用諾格的超然衝壓發動機。

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HAWC專案:從X-43A到X-51A

HAWC專案是一種基於超燃衝壓發動機的高超音速吸氣式武器概念,它的發展脈絡主要基於兩大專案,X-43A和X-51A,這兩大計劃在後期都被取消,但為美國高超音速技術定下了基調,有必要簡單來了解下超燃衝壓發動機發展史上重要的里程碑:

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超燃衝壓發動機的基本概念

衝壓發動機是一種利用進氣道產生激波“隔離”來產生壓縮空氣的一種方式,它的原理和渦輪發動機其實差別不大,只不過用來壓縮空氣的方式從渦輪機的葉片變成了激波:

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進氣道的邊緣或進氣錐會產生交叉的激波,這些激波在進氣道中會攔住空氣的流動,只有更高速度下產生的氣流才能突破這些激波的攔阻進入後方燃燒室,從而達到壓縮空氣的目的。

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最後這些高壓高溫的空氣中混入燃料在燃燒室被點燃,向尾部排出產生動力,這就是衝壓發動機的基本原理。但衝壓發動機是一根前後相通的管子,需要別的動力將其加速到高速才會產生激波,所以衝壓發動機往往需要搭配火箭發動機才能一起工作。

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亞燃衝壓發動機的燃燒室氣流是亞音速的,而超燃衝壓發動機的燃燒室氣流則是超音速,就一個差異,難度就成百倍增加,雖然開始研究很早,甚至長達半個世紀以上,但突破也就最近二十來年時間。

X-43A和X-51A:氣勢如虹卻被取消

X-43A的設計偏向于飛行器,有點像一塊滑板,頂部比較平坦,頭部的下頜部分是進氣道激波發生的區域,後方是進氣道下唇口,往後是進氣道與超燃衝壓發動機,後半部分是一個部分適應的單邊膨脹噴管(SERN),這種噴管能適應大高度差,看著很酷,測試也比較成功,但存在比較嚴重的問題:

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1、X-43A為激波進氣道服務的下頜產生的正升力過大(發動機開啟前為整機升力的70%),容易產生抬頭力矩,NASA不得不在頭部配重以解決抬頭問題;

2、X-43A的尾部在發動機開啟後又因為高壓產生正升力,造成低頭力矩,而且與發動機在工作過程中的推力高低有關,飛行過程中必須不斷配平,這是個超級麻煩的事情;

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NASA也認識到了這個問題,這是未來高超飛行器的方向,但短期內高超飛行器不太現實,只能從武器方面先著手,先實現武器級應用!所以在X-51A中出現的就和X-43A完全不一樣,但其實原理還是一樣的:

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1、為了避免進氣道激波產生的正升力過大,X-51A的機頭部分有一定前傾角度,產生的激波下壓力矩與升力抵消,達到平衡狀態;

2、為了避免尾部正升力產生低頭力矩,X-51A的尾噴口用的是對稱噴管,雖然不再有自適應,但X-51A目的用於導彈,不會有大範圍的垂直機動發生;

5倍音速!美超燃衝壓發動機第四次試射成功,對中國意味著什麼?

X-51A的尺寸為7。6米,空重為1。8噸,比4米都不到像個模型的X-43A要實際得多,X-51A在最後一次測試中達到了210秒,5。1倍音速的成績,儘管比設定的6。5倍音速要低不少,但基本已經實現了當初定下的所有目標。

如此優秀:為何放棄?

目前公開的有兩個說法,一個是來自微博高超音速巨佬“萌虎鯨”的觀點,美軍方發現這種單邊進氣的超然衝壓發動機對進氣狀態非常敏感,機動過載非常有限,對於四平八穩的飛行器問題不大,但對於導彈影響就很大了,所以後來美軍方轉向軸對稱超燃衝壓發動機方向。

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另一個說法是並沒有放棄,這個技術轉入2016年開始的HAWC高超音速武器的概念設計,也就是DARPA在1月30日宣佈已經四次試飛成功的HAWC,之所以HAWC那麼成功,完全是因為此前的X-51A取得了大量的實測資料,這對於洛馬和雷神設計HAWC有極大的幫助,這就是一個可供查詢的資料庫。

神秘的HAWC專案:到底是哪種進氣方式

從X-51A到HAWC,兩者雖有傳承,但和此前的X-51A不一樣,到目前為止官方僅有的只是HAWC毫無意義的CG圖,為什麼說毫無意義?因為這種CG圖連進氣道都沒有:

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頭部完全就是一個全封閉的不規則曲面,雖然作為導彈並沒有什麼問題,但作為吸氣式高超音速武器,它的進氣口在哪裡?有朋友表示可能會從側面與後半部分的狹縫中進氣,但CG圖片中的導彈飛行狀態是助推器還沒有脫離,如果脫離後就會只剩下前面那個不規則曲面體。

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這是能HAWC專案中能搜到的另一張CG圖,同樣看不出進氣道在哪裡,不過這張有一個明顯的斜面,也許進氣道沒有朝向正面:

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這張是高超音速武器中比較經典的一張,這個頭部是有問題的,因為這個曲面體和外部進氣道唇口的激波“耦合”上可能會有問題,這些圖都是大忽悠,目前DARPA可能根本就不想公開HAWC專案的任何資訊。

5倍音速!美超燃衝壓發動機第四次試射成功,對中國意味著什麼?

但有一點是可以肯定的,DARPA目前研究的可能不是軸對稱,“萌虎鯨”的說法或者存在一些疑問,當然也不能排除這是美國“戰忽局”放出的煙霧彈,真假只能自辯了,比較有趣的是前陣子公開報道的已經在量產的“鋯石”高超音速導彈,其結構與X-51A幾乎一模一樣,或者也存在“戰忽”問題。

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美成功試射高超音速HAWC:對中國意味著什麼?

從HAWC到HACM到底是什麼意思?簡單的說X-43A和X-51A是驗證一種技術,而HAWC則是將這種技術固定下來,到了HACM呢,就是將這種技術套用到導彈上,基本上就是研究、測試到生產的“一條龍”服務。DARPA在中間起了多大的作用,估計大家就能明白了,因為研究基本都是賠錢的玩意兒,需要國家支援,有突破了再外包給軍工企業,針對性和效率都會增加,這個過程可以培養大量專業人才。

5倍音速!美超燃衝壓發動機第四次試射成功,對中國意味著什麼?

HACM一旦成功,出來的產品會類似於戰斧或者標準系列這種成熟的導彈,當然同樣會經歷一個從研發到測試再到生產製造的過程,但從一種飛航模式轉換成武器的時候,就不止是飛行效能,還有控制性能以及電子裝置的通訊與引導以及整合到資料鏈中的功能,這些都需要大量測試,有公開的報道表示美軍在高超音速“熱障”通訊上海存在一些問題。

5倍音速!美超燃衝壓發動機第四次試射成功,對中國意味著什麼?

不過5倍音速產生的熱量也不高,所以筆者不認為這會成為美軍的障礙,因此HACM會經歷一個階段,但美軍的HACM裝備終於是有了時間表了,不再像過去那樣遙遙無期!

5倍音速!美超燃衝壓發動機第四次試射成功,對中國意味著什麼?

HACM屬於吸氣式高超音速武器,與滑翔武器相比,吸氣式的成本更低,體積更小,攜帶量更大,假如滑翔式武器屬於戰略級別的話,那麼HACM就是戰術級的,應用面會更廣,在區域拒止介入中更不會有擴大升級戰爭的擔憂。

5倍音速!美超燃衝壓發動機第四次試射成功,對中國意味著什麼?

此前有媒體表示2027年是解決臺海問題的一個時間節點,原因有多個,其中一個最重大的因素就是按美軍的時間表,高超音速武器基本會在這一年入役,這種武器速度極高的武器,進攻方擁有優勢,而防守方劣勢相當大,因此美軍一旦大量裝備HACM,那麼在臺海問題的解決過程中我國將會付出更大的代價。

5倍音速!美超燃衝壓發動機第四次試射成功,對中國意味著什麼?

不過也無需悲觀,因為我國在高超音速武器方面絕對是不弱的,如果我們也擁有同樣攻擊美軍艦艇的能力,那麼美軍在出手時就會思考再三、投鼠忌器!我們在高超上的技術儲備也不少,希望在未來幾年內來個爆發,甚至像某些朋友說的那樣,我們或者已經裝備,那就更好了!

5倍音速!美超燃衝壓發動機第四次試射成功,對中國意味著什麼?

更重要的是我們不只是吸氣式高超上有和美國類似的突破,戰略級滑翔高超也早已裝備,並且還有彈道導彈攻擊航母的絕技,美軍在介入臺海問題時必須得掂量掂量!

釋出於:浙江