以综合学术角度剖析美国X-43A超高声速飞机的试验
高超声速飞行器技术研究的历史与未来
高超声速飞行器技术研究的历史与未来
高超声速飞行器是飞行速度在马赫数5以上的飞行器,其速度较快,能够带来很多优势,如缩短远距离飞行时间并提高交通运输效率。
然而,高超声速飞行器的技术研究一直以来都是一个热门话题,同时也是一个充满挑战性的领域。
历史上,高超声速飞行器得到了多个国家的关注和投入。
尤其是在上个世纪50年代至60年代,在美国、苏联、法国等国的积极开展下,高超声速技术取得了重要进展。
当时,美国主攻转子式高超声速飞行器,苏联则主攻翼龙式高超声速飞行器,法国则研制平板翼式高超声速滑翔器。
这些成果对后来高超声速技术研究奠定了基础。
近年来,随着技术水平的进步,高超声速飞行器的研究成果也在逐步出现。
例如,中国成功进行了高超声速滑翔飞行器试飞、美国成功研发了“X-51A“高超声速飞行器等。
在这些研究中,高超声速飞行器技术发展的难点包括高温材料、发动机设计、气动热力学、空气动力学等方面。
未来,高超声速飞行器技术将继续向前发展。
首先,高超声速飞行器将被广泛应用于军事领域,如可以用来进行快速反击、反
侦测等。
其次,在民用领域,高超声速飞行器可以用来加快旅行速度,缩短飞行时间,增强航空交通运输的效率,同时对于航空航天科学的推进也具有重要意义。
总之,高超声速飞行器技术的研究具有重要的意义。
历史上,多国在高超声速技术研究上取得了突破性进展,但同时也面临各种技术难点。
未来,高超声速飞行器技术的应用前景广阔,同时其技术研究也是一个需要不断努力突破的领域。
高超声速飞行器发展综述及飞行试验测控需求
体化的轴对称高超声速导弹气动布局。
图1X-43A高超声速飞行器
X-43A(如图1)计划是由DRAPA主导的以氢燃料为。
Science&Technology Vision科技视界
9
将提供一种全新的快速全球打击能力。
图2X-51A高超声速飞行器
1.2无动力高超声速计划
无动力高超声速计划通常采用助推器将高超声速无动力滑翔飞行器助推到预定的分离点,无动力滑翔飞行器通过长时间的高超声速滑翔飞行实现快速的投送和打击。
HTV-2(Falcon)计划是由DRAPA主导用来验证全球快速打击武器的关键技术,驻澳包括远程高超声速助推滑翔飞行器气动布局技术、热防护技术、先进GPS制导技术和碳/碳减速伞技术等。
HTV-2计划的目标是通
然要求;
图3高超音速飞行器典型弹道(3)精确打击能力,对点目标、机动目标的直接命
中打击能力,对目标"点穴式"小附带损伤打击能力,是现代战争和未来信息化战争的基本要求,是精确打击和常规威慑的技术保证;
(4)有效突防能力:导弹速度越高,其突防能力越强;关于飞行高度,其突防能力与拦截武器类型有关,对于靠气动力控制的拦截弹而言,其拦截能力随导弹飞行高度增高而下降,对于靠直接力控制的拦截弹而言,其拦截能力随导弹飞行高度增高而增强(5)高作战效能,具备包括高射前生存能力、有效。
高超声速飞行器的设计和发展
高超声速飞行器的设计和发展高超声速飞行器(Hypersonic Aircraft)是一种以超过马赫数5(即音速的5倍)的速度飞行的飞行器。
它具有巨大的飞行速度和潜在的应用前景,在军事和民用领域都具有重要意义。
本文将探讨高超声速飞行器的设计原则、发展历程以及前景展望。
一、设计原则1. 流体动力学设计:高超声速飞行器在超音速飞行时,面临着极高的气动热和压力,流体动力学设计成为其设计的重要考虑因素之一。
通过减小气动阻力和控制空气动力学部件的热载荷,可以提高飞行器的性能和安全性。
2. 结构材料和热防护:由于高超声速飞行器在飞行过程中会受到极高的热载荷,选择合适的结构材料和热防护措施十分重要。
先进的复合材料和热防护涂层可以有效降低热传导和热辐射,保护飞行器免受热损伤。
3. 推进系统设计:高超声速飞行器需要强大而可靠的推进系统来提供足够的动力。
常用的推进系统包括超音速燃烧冲压发动机和燃烧爆破发动机等。
这些设计需要克服高温、高速和高压的挑战,确保推进系统的稳定和性能。
二、发展历程高超声速飞行器的研究和发展可以追溯到20世纪50年代。
当时,美国和苏联在冷战期间开始了高超声速技术的竞争。
随着科技的进步,高超声速飞行器的设计和测试变得更加成熟。
1998年,美国的X-43A 无人飞行器首次实现了马赫数10的飞行,打破了超声速飞行记录。
近年来,高超声速飞行器得到了全球范围内的重视。
许多国家纷纷投入资金和人力进行研发。
美国、中国、俄罗斯、澳大利亚等国家都在积极推进高超声速飞行器的研究和试验。
其中,中国在高超声速技术方面取得了许多重要突破,成为全球的领导者之一。
三、前景展望高超声速飞行器在军事和民用领域都有广阔的前景。
在军事领域,高超声速飞行器可以提供快速打击、情报侦察和迅速反应的能力,极大地改变了传统战争的格局。
在民用领域,高超声速飞行器可以用于快速、高效的空中旅行,缩短航空时间,提升旅行的舒适度,并开辟全新的空中交通运输系统。
美国高超声速武器研制进展及评析
美国高超声速武器研制进展及评析作者:廖孟豪来源:《无人机》2018年第10期近年来,美国积极推进高超声速武器的研制,并取得了积极成果。
美国海陆空三军正同时基于SWERVE项目成果研制潜射/陆射/空射型高超声速助推滑翔导弹,并总结了美军高超声速导弹发展的三条路线;美国陆军披露“远程高超声速武器”(LRHW)项目并透露MDA加入三军通用滑翔飞行器研制项目;美国海军发布“常规快速打击”(CPS)武器系统工业能力调研公告,将研制弹径0.76m的潜射型高超声速助推滑翔导弹;高超声速飞机TBCC发动机地面验证项目最新进展,已完成双模态冲压发动机低马赫数模态转换试验;美国导弹防御局同时授出21份“高超声速防御武器系统概念定义”合同。
美国海陆空三军高超声导弹研制进展2018年10月11日,据美国《航空周刊》报道,根据两名熟悉相关项目情况的消息人士透露,在美国国防部直管的某个项目(该项目计划2021年列装高超声速导弹,编者注:应指2008年启动的“常规快速全球打击CPGS”项目)框架下,美国三军正在各自实施自己的高超声速导弹项目,即美国陆军的“先进高超声速武器”(AHW)、美国空军的“高超声速常规打击武器”(HCSW)和美国海军的“常规快速打击”项目。
其中,美国海军正基于陆军AHW项目成果,开展“通用滑翔飞行器”的设计工作。
随后,美国陆军太空与导弹防御司令部将研制飞行试验用的原型机。
然后,桑迪亚国家重点实验室将制造该型“通用滑翔飞行器”。
三军同时正在分别研制各自高超声速助推滑翔导弹所用的助推器。
设计“通用滑翔飞行器”反映了美军为应对中俄迅猛发展高超声速导弹的急迫需求。
美军花了数十年时间试图研制理论上性能更好的半锥型升力体滑翔飞行器设计,但三军目前正在研制的滑翔飞行器是更成熟的圆锥型旋成体布局方案,该方案由桑迪亚国家重点实验室在1979~1985年依托“有翼高能再入飞行器实验”(SWERVE)项目完成了飞行验证。
虽然目前还不知道“通用滑翔飞行器”的最终方案,但其总体设计应该仍会沿用AHW方案。
美国超-X计划与X-43试飞器
本文2002—04-02收到,作者系中国航天科工集团三院310所研究员 ·8·
飞航导弹2002年第5期
万方数据
弹业已验证的动力装置。这种发动机使用战斧巡航 导弹采用的JP-10液态C/H燃料,能使导弹在Ma =6.5的速度巡航飞行。
作为第二阶段研究的应用目标是军用飞机。 以高超声速飞机为背景的应用研究计划中,有 许多的设想方案。如波音公司在NASA与空军支 持下,进行的飞行速度Ma一10的高超声速飞机方 案的研究,它充分利用NASP计划所取得的技术成 果;在NASA与空军的支持下,精密自动化公司论 证“低可观测性飞行试验”(LoFyte)计划,该计划的 核心内容是研究骑波体构型的试验飞行器,重点解 决高超声速飞行器的操纵与控制问题。另外,·美国 的其它一些研究机构也在进行方案探索性研究。而 最引人注目的是超一X计划。
1超-X计划 超一X(Hyper—X)是NASA重点实施的高超声
速发展计划。该计划的主要目的是研究并演示可用 于高超声速飞机与可重复使用的天地往返系统的超 燃冲压发动机技术与一体化设计技术。
超一X计划由NASA统一管理,由兰利研究中 心牵头。超一X计划原来规定时间为5年。规定计 划结束时要达到以下三个关键指标:
5s后,超燃冲压发动机开始点火,大约1s发 动机点燃。一旦加压的氢燃料开始注入,就可通过 增加燃料流量进行发动机性能试验。X-43A的首 次试飞不准备起动进气道,但要加速发动机。 NASA希望试飞器能进行有动力飞行时间达7s。 发动机燃烧将尽时,调小燃料流量,以便研究人员 知道熄火的情况。一旦超燃冲压发动机熄火,燃料 流量为零,发动机罩鱼鳞片打开约5s,以便再次稳 定。随后进行约15s的鉴定飞行器性能的机动飞 行,以便采集X-43A的各种空气动力系数。这些 数据用来验证地面试验方法并修正模拟。
美国高超声速飞行器技术进展分析与启示
HTV 项目原计划于 2009 年 3 月和 8 月进行两 次飞行试验,实际飞行试验分别被推迟至 2010 年 和 2011 年。2010 年 4 月,HTV-2 进行了首次发射, 以飞行速度马赫数 17 ~ 22 飞行了 139 s,但结果并
·17·
高超专递
图 3 猎鹰高超声速飞行器计划
不完美。技术数据显示,HTV-2 的起飞和与火箭分 离都很顺利,但进入飞行试验 9 min 后,遥测站与 HTV-2 失去联系。美国国防部称,当时由于系统侦 测到飞行模式出现异常,因此,强制导引飞行器坠 入海中。2011 年 8 月,HTV-2 飞行器在美国加州范 登堡空军基地成功发射升空,但在太空边缘与火箭 分离后,HTV-2 飞行器在独自飞行并返回地球时失 去联系。
飞航导弹 2012 年第 4 期
高超专递
图 4 高超声速项目从地面试验到飞行试验的过渡
少; ScramFire、FASTT 和 X-43A 计划是对集成的发 动机整体进行测试,增加了比例和复杂度; X-51 计 划试图飞行更长时间,比例和复杂度进一步增加, 耗费也更加巨大。为确保在高超声速飞行器技术上 保持领先地位,美国 NASA、空军、海军等单位同时 开展 数 项 高 超 声 速 飞 行 器 演 示 验 证 计 划。美 国 NASA 和空军曾试图联合进行小规模的高超声速飞 行技术试验,但最终双方并没走到一起,而是分别 实施各自的超燃冲压发动机技术验证计划,这样, 不仅研制经费被分割缩水,而且相互间的竞争也使 军方对研制周期提出了紧迫的要求。美国的高超声 速飞行器演示验证项目研制经费有限,试验次数明 显不足。美国的高超声速飞行器项目中飞行试验多 次被推迟,其中 X-51A 的第二次飞行试验推迟到 2011 年就存在经费的限制,按照波音公司的设想, X-51A 至少进行 10 次飞行试验。HyFly 项目仅有三 次飞行试验,没有能够对关键的双模冲压发动机技 术进行试验验证,全部因为其它原因而造成飞行试 验的失败。总之,时间紧,任务重,飞行试验次数 不足是近期高超声速飞行器飞行试验屡次失败的潜 在原因。
高超声速飞行器发展现状和关键技术问题
高超声速飞行器发展现状和关键技术问题高超声速飞行器是指可以飞行在5倍音速以上的飞行器,具有超过音速5倍速度的飞行能力。
它具有重要的军事战略意义和广阔的应用前景。
在当今世界,高超声速技术已经成为各国军事竞争的焦点之一。
本文将探讨高超声速飞行器的发展现状,并分析相关的关键技术问题。
首先,我们来看一下高超声速飞行器的发展现状。
目前,全球范围内有多个国家在高超声速飞行器领域进行着积极的研究和开发。
其中,美国、俄罗斯和中国是最活跃的国家之一。
美国在高超声速领域具有丰富的研究实力,被认为是全球高超声速飞行器技术的领先者。
美国国防部和美国航空航天局(NASA)在该领域进行了多项研究项目,其中包括X-51飞行器的研发。
X-51是一种无人驾驶的高超声速飞行器原型,它成功地进行了多次飞行试验。
俄罗斯在高超声速技术领域也有很强的实力。
俄罗斯成功研发了“雅歌”高超声速导弹系统,并在2018年进行了试射。
此外,俄罗斯还计划发展一种名为“复兴者”的可重复使用高超声速飞行器,该飞行器预计在2023年前进行首次试飞。
中国也在高超声速领域取得了重要的进展。
中国成功研发了“神舟飞机-2号”和“神舟飞机-3号”两型高超声速飞行器,在实验中取得了显著的成果。
另外,中国还计划发展一种名为“彩虹-5”的超高音速飞行器,该飞行器将具有可重复使用能力。
虽然全球多个国家都在高超声速飞行器领域进行积极研究,然而,这个领域仍然面临着许多关键技术问题。
首先是发动机技术。
高超声速飞行器的发动机需要提供足够的推力和稳定的工作性能。
目前,涉及到高超声速发动机的关键技术难题包括高温环境下的可靠燃烧和动力系统的散热问题。
燃烧过程中产生的高温和高速气流对发动机的耐久性和工作效率提出了很高的要求。
其次是材料技术。
高超声速飞行器需要使用能够承受高温和高速气流冲击的材料。
这些材料需要具备良好的高温稳定性、抗热疲劳和热传导性能。
目前,开发适合高超声速飞行器使用的材料仍然是一个挑战。
美国X-43高超声速飞行器调研
美国X-43高超声速飞行器调研一、高超声速飞行器背景 (1)1.1美国在高超声速技术领域独占鳌头 (1)1.2 欧洲国家积极推进高超声速技术开发 (3)1.3 日本实施高超声速飞行器发展计划 (4)二、高超声速飞行器特点 (4)2. 1 推进技术 (4)2. 2 材料技术 (5)2. 3 空气动力学技术 (5)2. 4 飞行控制技术 (6)2.5 X-43在技术方面有如下特显 (7)三、气动外形设计方法 (8)四、高超声速飞行器制导原理 (9)五、执行机构的选择及配置 (12)5.1 推进系统 (12)5.2 控制系统的执行机构 (14)六、X—43控制原理 (16)6.1 高超声速控制技术发展 (16)6.2 高超声速控制分析 (16)6.3 X-43A控制方法及分析 (17)6.4 高超声速控制技术新技术 (18)(1)非线性控制方法 (18)(2)鲁棒自适应控制方法 (19)七、总结 (19)一、高超声速飞行器背景高超声速飞行器是指在大气层内飞行速度达到M a = 5以上的飞行器。
自20世纪60年代以来, 以火箭为动力的高超声速技术已广泛应用于各类导弹和空间飞行器, 而目前世界各国正在积极发展另一类以吸气式发动机为动力的高超声速飞行器技术, 它的航程更远、结构质量轻、性能更优越。
实际上, 吸气式高超声速技术的发展始于20世纪50 年代,通过几十年的发展, 美国、俄罗斯、法国、德国、日本、印度、澳大利亚等国自20世纪90年代以来已在高超声速技术方面陆续取得了重大进展, 并相继进行了地面试验和飞行试验。
高超声速技术实际上已经从概念和原理探索阶段进入了以高超声速巡航导弹、高超声速飞机和空天飞机等为应用背景的先期技术开发阶段。
1.1美国在高超声速技术领域独占鳌头从1985 年至1994 年的10年间, 美国国家空天飞机计划(NASP)大大推动了高超声速技术的发展。
通过试验设备的大规模改造和一系列试验, 仅美国NASA 兰利研究中心就进行了包括乘波体和超燃发动机试验在内的近3 200次试验。
X_43A飞行器的设计与制造
情报交流X243A飞行器的设计与制造 摘 要 叙述了X243A的主要设计和制造特点以及承包商团队在设计与制造中遇到的一些技术难点。
两次飞行试验的成功表明这一系列技术难点都得到了解决。
在这两次试验中,飞行器机体、发动机、各子系统以及分离系统都是首次进行试飞。
机载研究用测量系统和所有传感器都按照预想的状态工作。
因此,这两次飞行得到了大量的空气动力学和推进系统数据,除此以外还证明了高超声速飞行器可以使用现有的工程工具和技术进行设计和制造。
关键词 X243 设计 制造引 言在美国国家航空航天器(NASP)项目结束时,对此项目最严厉的批评之一是,只对最关键的部件超燃冲压发动机进行了风洞中的模拟飞行,而没有进行实际飞行。
因此NAS A兰利/德莱顿联合发起的Hyper2X项目,开始发展一种能够以马赫数10的速度进行飞行试验的飞行器, X243A就是该项目的显著成果。
参考文献[1]对设计过程进行了详细的回顾。
在概念上,X243A是不需使用特种燃料、可验证实际超燃冲压发动机性能的尺寸最小的飞行器。
通过采用现成的助推器,并用NAS A的B252B空中发射助推器和研究用飞行器,从而减小了飞行器的尺寸,以降低整个项目的成本。
X243A的升力体外形源于麦道公司为NAS A的兰利研究中心进行的马赫数10巡航飞行器研究。
合同的第三阶段要求对以氢燃料超燃冲压发动机为动力的研究用飞行器进行概念设计,以提供马赫数为7和10的速度条件下超燃冲压发动机工作和性能的飞行试验数据。
马赫数7试验得到的数据将可以直接与采用同一发动机和组合流路的地面测试结果进行对比,而马赫数10试验的结果将能够提供在该飞行马赫数条件下5s~10s的飞行试验数据。
对飞行器和发动机的设计采用最广泛的现有计算工具,而且飞行数据也可以验证这些设计方法的精确度。
在概念设计结束之后,NAS A开始寻找承包商团队来完成飞行器设计与制造工作,并支持飞行试验项目。
共有2个团队参与该阶段项目的竞争,其中一个是由麦道公司和普・惠公司组成的,另一个团队包括M icr oCraft公司、北美航空工业公司以及G AS L公司,NAS A选择了后一个团队。
管理案例
到1920年,公司已经收购了数十家汽车 生产和汽车配件供应企业,其规模是四年 前的八倍。但是这种快速扩张带来的问题 也是显而易见的:集团内部机构臃肿,管 理混乱,各子公司之间利益冲突尖锐、复 杂,难以协调,生产效率低下。随着杜兰 特黯然离开通用,公司的问题也到了不可 收拾的地步。
1932年,斯隆成为通用公司总裁。他为通用开 得一剂药方是彻底改革组织。他首先将原来具 有财务独立性的子公司改组为实行“收支两条 线”、只核算利润但没有利润处置权的八个事 业部。然后在公司总部设立总办公室,设置许 多握有很大权力的高级主管及庞大的咨询和财 务人员班子,去整合和协调各事业部的活动。 在日常运营中,公司总部会制定总目标,各事 业部管理人员在服从公司总目标的前提下,可 以自由地制定本部门目标,并制定实现目标的 行动方案,享有相对独立的权力。
世界上最快的飞机
美国宇航局的超音速冲压喷射飞机 X-43A 以接近10倍于音速的速度成 为现在世界上最快的飞机。上图是从 搭载机B-52B 上分离后的X-43A , 在火箭助推器推进下飞行
现在美国一飞行员驾着这架飞机飞往加拿大
而他却向南飞行 ……
有点常识的人都知道,加拿大在美国 的北方,而他却向南飞,南辕北辙, 他到达不了,姑且不说地球是圆的, 朝南飞也最终会绕回来,但是也浪费 了大量的人,财,物(如燃油),时 间等资源。
另外我还想补充一点,目标一旦设定好了, 在外界条件没有变化的条件下不要随便的 变动,如果目标经常变动,就说明他不是 经过深思熟虑和周密计划的结果,那样目 标的说服力就会下降,大家就会互相抱怨 领导的出尔反尔,就起不到目标该有的激 励作用,那么这样的目标也是没意义的。
美国通用汽车公司General Motors Corporation是全球最 大的制造公司,它在全球50多个 国家都拥有汽车制造、销售、仓 储管理及技术服务中心。
高超声速飞行器的动力学性能分析
高超声速飞行器的动力学性能分析一、引言高超声速飞行器(Hypersonic Aircraft)是指飞行速度超过5倍音速(Mach 5)的飞行器,由于其高速、高温等特殊条件,其动力学性能表现出较高的复杂性和特殊性。
因此,对于高超声速飞行器的动力学性能分析成为科学家们研究的重要课题。
本文主要分析高超声速飞行器的动力学性能并探讨相关应用。
二、高超声速飞行器动力学性能分析高超声速飞行器的飞行速度达到5倍音速以上,速度越高,其动力学性能表现出越高的特殊性。
高超声速飞行器的动力学性能分析主要包括以下内容:1. 飞行姿态控制高超声速飞行器的飞行姿态控制需要充分考虑其高速和高温的特殊性。
传统的飞行姿态控制方法已经无法适应高超声速飞行器的特殊要求。
因此,需要采用更加灵活的方法进行飞行姿态控制,如自适应控制和模型预测控制等。
2. 飞行稳定性分析高超声速飞行器的飞行稳定性受到外界环境和高速引起的气动效应影响较大。
需要通过理论分析和风洞试验等方式进行飞行稳定性分析,根据分析结果对飞行器结构和控制系统进行优化设计。
3. 弹性变形和振动分析高超声速飞行器在高速飞行过程中会受到较大的气动力和热应力作用,从而导致其结构变形和振动。
因此,需要进行弹性变形和振动分析,并对飞行器结构进行设计和优化。
4. 相关试验和验证高超声速飞行器的特殊性需要进行相关试验和验证。
风洞试验、火箭发动机试验等试验方式可以验证飞行器的动力学性能和控制系统的正确性。
三、高超声速飞行器的应用高超声速飞行器具有较高的转化价值和应用前景,主要应用于以下领域:1. 军事领域高超声速飞行器在军事领域具有非常重要的作用,主要应用于高速侦察、导弹拦截、核打击等。
高超声速飞行器的速度非常快,可以在极短的时间内完成军事任务,提高战争的效率和成功率。
2. 航天领域高超声速飞行器在航天领域同样具有较大的应用价值,可以用于太空探测、行星探测等。
由于其高速和高温的特殊条件,可以更好地适应太空环境的需求,提高太空探测的效率和成果。
以综合学术角度剖析美国X-43A超高声速飞机的试验
美国政府耗费巨资支持的造假—超高速飞机的神话柝解以综合学术角度剖析美国X-43A超高声速飞机试验作者深圳刘昌喆注:本文是应《中国军事》杂志建军八十周年记念约稿而作(2007)。
因观点非主流而被拒载。
留此存照,亦期交流。
2008年上传此文,因博客字数所限分成上下两部分,阅读不方便。
如今网站进步又重新整篇上传,—2010年的说明。
又注:当年文档中插不进图片,如今网站功能强大,所以加进图片整理重发。
美国的超高速骗局还在继续重演,2012年又有X-51试飞报道。
所以这篇写于2007年的文章仍有现实参考意义。
关键词:超高音速激波燃烧速度混合过程动量结构空气动力学飞行姿态稳定性学术结果不真实摘要:美国超高音速飞机X-43A在2001年曾试飞失败,当时舆论界在将信将疑中毁誉参半。
在2004年发布的X-43A飞机两次试验成功的结果以后,全世界舆论都为之贺彩;美国舆论称之为莱氏兄发明飞机后又一航空史上的重大突破。
各国航空学界多为美国科技之高超而折服,进而引发一轮包括中国在内的全世界范围的超高音速冲压发动机研发跟风热潮。
本文以严谨的多学科理论根据分析,证明该耗资1.8亿美金、轰动世界的试验原理上就存在多方面致命错误。
而关于所谓“试验的成功”的各种报道,也破绽多多,经不起推敲。
事实并非如报道的那样辉煌。
这应该是在美国政府出于政治利益而默许的、研究单位出于对耗掉如此巨资而无果,因利益需要的一起毫门学术造假。
一、X-43A超高音速飞机的“试验飞行”成功报道中的疑点X-43A超高音速飞机的“试验飞行”成功,在网上、报刊和电视的所有新闻媒体都有一段时间醒目的报道。
但在所有关于X-43A报道却有着共同的疑点:1、为什么耗此1.8亿巨资的,又是“成功”的试验项目最有价值的试验飞机不回收?这在技术上和经济上都应没有障碍(现代技术人造卫星都可以收回),尤其X-43A是在海面溅落,回收相对更容易。
如回收飞机实体,一是有助技术总结的巨大科研价值,二是可与莱氏兄弟的飞机同样陈列在美国国家博物馆,其里程碑式“成功”使该试验飞机文物价值应该无法估量。
美国大力发展高超声速武器为哪般
美国大力发展高超声速武器为哪般董益斌 姜廷帅 杨润鑫据美国《国会山》网站2021年11月20日报道,美太空军副司令戴维·汤普森表示,尽管美军在高超声速武器领域暂时落后,但美国还将会加大高超声速武器的研发力度。
此前,美空军研究实验所高级科学家詹姆斯·韦伯就表示:“在过去25年里,美国防部在高超声速技术的研发方面已经投入了约17亿美元,并且,在2022财年之前美军将获得发射高超声速武器的关键技术。
”伴随着科技的高速发展,美军依靠高科技新兴武器形成的“非对称”优势正在逐步减少。
而作为俄罗斯“非对称”原则军事思想体现的高超声速武器日益成为美俄两国竞争核心,一场新的军事竞赛正悄然拉开帷幕。
作为老牌的军事强国,目前美国在高超声速武器领域有什么建树?在已拥有多款新概念武器的基础上,美国高超声速武器的研制背后又有怎样的战略考量?高超声速武器——大国竞争的新方向当前,世界的各个军事大国在高超声速武器领域展开激烈的角逐,启用了多个研发项目,以期在这一新型武器领域成为领头羊。
我们知道,传统弹药毁伤包括动能毁伤和化学能毁伤,当弹药的速度越快时,其动能毁伤越大,因此在实际的战斗中,传统武器无法摧毁的坚固和地下的目标,在高超声速武器面前就是“小菜一碟”。
有研究表明:一枚1.5千克的高超声速导弹动能战斗部撞击动能就足以使一座桥梁坍塌。
如果携带侵彻弹头,高超声速武器对钢筋混凝土的侵彻深度可达十几米,能够打专 题FEATURE美太空部队副司令戴维·汤普森上将击深埋于地下的指挥中心等坚固目标。
显然。
高超声速导弹的威力一旦被充分释放,将是一种及其可怕的武器。
高超声速武器除了毁伤能力更具优势外,还具有“快速打击”“非对称制衡”“战略威胁”等战略特点。
“快速打击”体现在高超声速武器可以在一个小时内打击全球的任一目标,对现代战争的战场决策进程起推动作用。
其“快”能够缩短敌方反导系统的探测和打击时间,仅依靠速度便可以达到97%以上的突防概率,可以洞穿目前已知的防御系统;并且,对于信息化战争的决策来讲,任何的作战都离不开观察、判断、决策、行动(OODA)这一循环,当目标被迅速摧毁后,OODA可以加速循环,形成更好地打击效果。
高超声速飞行器:空天打击“杀手锏”
2016.07军 事 纵 横马世祎 马建光高超音速飞行器:空天打击“杀手锏”日前,据俄罗斯媒体报道,俄罗斯海军已经完成了“锆石”新型高超音速巡航导弹的首次试射。
该型导弹的飞行速度马赫数被普遍认为在5~6左右,射程约为400千米,并将配装到“彼得大帝”号核动力巡洋舰,预计于2022年完成改装工作。
为什么一种新型导弹的研制能在世界范围内引起广泛关注?笔者认为,答案或许就在高超音速上。
高超音速,指物体的速度达到5倍音速(即5马赫)以上。
高超音速飞行器主要包括三类:高超音速巡航导弹、高超音速飞机以及航天飞机。
与主流喷气式飞行器相比,它们的设计飞行高度处于距离地面20~100千米的临近空间,通过超燃冲压发动机实现了从超音速到高超音速的跨越。
作为当前军事领域前沿科技的热点项目,高超音速飞行器在美、俄等主要军事国家的发展方兴未艾,并被全力打造为空天对地打击背景下的“杀手锏”武器。
美国—完整构建高超音速装备体系“1小时攻击世界任何地点”—围绕“常规快速全球打击”和“作战快速响应空间”这两大战略,美国积极开展高超声速飞行领域的技术研究,并取得了一系列成果。
而事实上,作为该领域的先行者,数十年来美国始终致力于高超声速飞行器的研发。
早在20世纪60年代,美国航空航天总署研发的X-15飞行器就突破了5倍声速;近几年,美国更是接连验证了高超声速气体动力学、飞行器设计、热防护、材料及动力系统等关键技术,力图构建完整的高超声速装备体系。
以美国X-43系列高超声速飞机为例,这种看上去很像一块冲浪板的无人驾驶飞机,从1996年开始研制,到2004年第二次试飞成功,前后共用了9年时间,最终突破7倍声速;“乘波飞行器”X-51系列是由美国空军研究实验室与国防高级研究计划局联合主持研制,这一验证机的终极目标是要发展一种比美国原武器库中任何导弹的速度都要快5倍以上的快速反应武器。
尽管X-51系列的研发进程略显曲折,但美国仍通过对高超声速飞行领域研究成果的转化吸收,接连提出了HTV高超声速轰炸机、SR-91“曙光女神”高超声速战略侦察机以及SR-72高超声速无人侦察机等一整套研制计划。
类X43高超声速飞行器气动力和气动热的数值研究
类 X43 高超声速飞行器气动力和气动热的 数值研究
朱建阳
哈Байду номын сангаас滨工业大学
2008 年 12 月
国内图书分类号: V211.1+4 国际图书分类号: 530
工学硕士学位论文
类 X43 高超声速飞行器气动力和气动热 的数值研究
硕 士 研 究 生 : 朱建阳 导 申 请 师: 周超英教授 学 位: 工学硕士
II
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
目录
摘要 ......................................................................................................................... I Abstract ................................................................................................................. II 第 1 章 绪论 ........................................................................................................ 1 1.1 高超声速流动的主要特征 ............................................................................ 1 1.2 吸气式高超声速飞行器的设计特点 ............................................................ 2 1.3 国内外研究现状 ........................................................................................... 3 1.4 本文的研究内容 ........................................................................................... 7 第 2 章 高超声速飞行器流场数值方法 ............................................................... 8 2.1 引言 .............................................................................................................. 8 2.2 流动控制方程 .............................................................................................. 8 2.2.1 流动方程的限制和假设 .......................................................................... 8 2.2.2 在直角坐标系下的三维守恒方程 .......................................................... 9 2.3 气体的热力学属性 ..................................................................................... 12 2.3.1 热力学状态方程 ................................................................................... 12 2.3.2 气体属性 ............................................................................................... 12 2.4 气体的输运系数 ......................................................................................... 13 2.5 控制方程源项及其参数 ............................................................................. 13 2.6 k- 两方程湍流模型 ................................................................................ 14 2.7 壁面边界条件 ............................................................................................. 15 2.8 流场的数值解法 ......................................................................................... 17 2.8.1 有限体积和空间离散 ........................................................................... 17 2.8.2 空间数值方法 ....................................................................................... 19 2.8.3 限制器的使用 ...................................................................................... 21 2.9 本文所采用的数值方法 .............................................................................. 22 2.10 本章小结 ................................................................................................... 22 第 3 章 高超声速飞行器外形优化 ..................................................................... 23 3.1 引言 ............................................................................................................ 23 3.2 飞行器机身前体的优化 .............................................................................. 24 3.3 飞行器机身后体设计 ................................................................................. 29
美国X-43高超声速飞行器调研
美国X-43高超声速飞行器调研一、高超声速飞行器背景 (1)1.1美国在高超声速技术领域独占鳌头 (1)1.2 欧洲国家积极推进高超声速技术开发 (3)1.3 日本实施高超声速飞行器发展计划 (4)二、高超声速飞行器特点 (4)2. 1 推进技术 (4)2. 2 材料技术 (5)2. 3 空气动力学技术 (5)2. 4 飞行控制技术 (6)2.5 X-43在技术方面有如下特显 (7)三、气动外形设计方法 (8)四、高超声速飞行器制导原理 (9)五、执行机构的选择及配置 (12)5.1 推进系统 (12)5.2 控制系统的执行机构 (14)六、X—43控制原理 (16)6.1 高超声速控制技术发展 (16)6.2 高超声速控制分析 (16)6.3 X-43A控制方法及分析 (17)6.4 高超声速控制技术新技术 (18)(1)非线性控制方法 (18)(2)鲁棒自适应控制方法 (19)七、总结 (19)一、高超声速飞行器背景高超声速飞行器是指在大气层内飞行速度达到M a = 5以上的飞行器。
自20世纪60年代以来, 以火箭为动力的高超声速技术已广泛应用于各类导弹和空间飞行器, 而目前世界各国正在积极发展另一类以吸气式发动机为动力的高超声速飞行器技术, 它的航程更远、结构质量轻、性能更优越。
实际上, 吸气式高超声速技术的发展始于20世纪50 年代,通过几十年的发展, 美国、俄罗斯、法国、德国、日本、印度、澳大利亚等国自20世纪90年代以来已在高超声速技术方面陆续取得了重大进展, 并相继进行了地面试验和飞行试验。
高超声速技术实际上已经从概念和原理探索阶段进入了以高超声速巡航导弹、高超声速飞机和空天飞机等为应用背景的先期技术开发阶段。
1.1美国在高超声速技术领域独占鳌头从1985 年至1994 年的10年间, 美国国家空天飞机计划(NASP)大大推动了高超声速技术的发展。
通过试验设备的大规模改造和一系列试验, 仅美国NASA 兰利研究中心就进行了包括乘波体和超燃发动机试验在内的近3 200次试验。
高超音速飞机的先行者——“X—43A”
高超音速飞机的先行者——“X—43A”
黄建国
【期刊名称】《海陆空天惯性世界》
【年(卷),期】2001(000)006
【摘要】一个多月前,就传扬着高超音速飞机即将首飞的消息.6月2日,高超音速飞机的先行者--"X-43"(见图1),像一颗待发的人造卫星置于"飞马"火箭的顶端.不过,火箭升空时,就偏离轨道,空中急剧翻滚.随即,一声巨响,首飞告败!
【总页数】3页(P11-13)
【作者】黄建国
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】V271.37
【相关文献】
1.高超音速飞机的先行者——"X-43A" [J], 黄建国
2.高超音速飞机模型的仿真研究 [J], 刘燕斌;陆宇平;吴在桂
3.美正在研制高超音速飞机 [J],
4.高超音速飞机总能量控制系统的设计和应用 [J], 刘燕斌;陆宇平;何真
5.日本研制可高达5倍音速的高超音速飞机 [J],
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美军X-43HTV计划
美军X-43改装后携带X-43A试验飞机的B-52轰炸机携带着X-43A试验飞机的B-52轰炸机X-43A飞机以冲压喷气引擎发动,机长3.7米,外形为黑色,最高速度将为7马赫,即每小时近8047公里,相当于音速的7倍,由美国东岸至西岸只需半小时的飞行时间。
马赫是音速的单位,依轨道高度而稍有差异,海平面上一马赫相当每小时1200公里。
1967年10月,一架以火箭推动的X-15型飞机曾创下6.7马赫的纪录。
在去年的5月份,X-43A超高速飞机将在今年从加利福尼亚州的爱德华兹空军基地进行第一次无人驾驶的遥控试飞任务。
为确保试飞时气流速度够快,NASA将用一架B-52型轰炸机把配组有“飞马”助推火箭的X-43A载到7200米的高空,然后释放。
接着,“飞马”助推火箭把X-43A推进到7马赫速度后脱落,X-43A再点燃自身的引擎,飞行10秒、大约27公里,然后坠入太平洋。
落海时的撞击力会把X-43A的设计机密彻底摧毁。
试飞所得的空气动力学数据,将作为下次试飞和改良设计之用。
如果一切顺利,今后两年之内,X-43将进行三次不同性质的试飞来检验这种所谓“超高音速引擎”的性能。
NASA科学家称,他们到目前为止已为这个项目投入了2亿美元,但真正用于太空航行还得等25年。
届时,真正意义上的超高速飞机体长将达60米,能通过跑道自行升降,飞行速度最后能高达10马赫以上,从而为人类航空史揭开新的一页。
航空技术上的“惊人一跃”无人驾驶飞行器X-43A是NASA“极速X(HyperX)”计划的一部分,也是“高超音速”系列的头一炮。
所谓“高超音速(hypersonic)”,是指达到音速5倍(5马赫)或以上。
高超音速飞行有一大难题:普通引擎的叶片会碎毁。
因此X-43A采用的是“超音速燃烧冲压式喷气引擎”(supersoniccombustionramjet?,简称Scramjet。
它没有涡轮引擎般的叶片或移动组件,基本上就是一条一体成型的空管子,当飞行器飞行的速度足够时,被推逼进入机内的空气就被压缩,空气中的氧气与氢气这时就会混合燃烧,产生强大的推动力。
高超声速飞机
高超声速飞机(1)高超声速侦察机这种侦察机速度可达马赫数5~9,航程超过1 800km,装有超燃冲压发动机,有人或无人驾驶。
主要用于侦察敌方对空防御系统阵地情况,还能执行电子情报搜集等多种任务。
据悉,法国正在研制HAHV 高超声速无人侦察机,其速度将达6~8马赫,航程超过2000 km,飞行高度为30 km,隐身能力很强。
美国的“曙光女神”高超声速侦察机(Aurora),又名“极光”,是SR一71“黑鸟”战略侦察机之后新一代战略侦察机(图3)。
据推测,“曙光女神”侦察机全机长为32 m,高为7 In,全载重为83吨,其中三分之二以上是燃料,具有超大功率发动机和流线型机身,飞行高度40 km以上,飞行速度马赫数6,甚至更快。
美国的高超声速侦察机“黑燕”如战斗机般大小,动力系统由使用氢燃料的一台涡轮喷气发动机和一台冲压式喷气发动机组合而成。
首先涡轮喷气发动机把飞机的速度提升到3倍音速,冲压式喷气发动机开始工作,并将巡航速度提升到6倍音速。
组合循环发动机取代火箭助推器提供动力,因此它可以像飞机一样起降。
“黑燕”将是一种集很强的隐形、速度和高度于一身的无人侦察机。
(2)高超声速轰炸机计划研制中的高超声速轰炸机能把炸弹投到地球上任何地点并返回到原起飞点,能精确投掷高爆穿甲弹或动能武器来实施打击,下一步将配载高能激光武器或粒子束武器攻击目标,不需中途加油和在国外设置前进基地,飞行高度高、速度快、侧向机动性好,目前的防空武器很难打到它。
“B一3”是美国第一种高超声速“B”式隐形战略轰炸机(图4),是近年来开始研制的可带核弹、5倍音速的新一代远程隐形战略轰炸机。
其在性能指标上,要求隐形、高超声速、远程飞行等能力更强,飞行高度大于30 km,速度达到马赫数5~6,航程大于11 100 km,载弹量要达到或超过B一52的水平。
B一3采用了一系列新技术和新设备,具有跟踪地形及抗核能力的机载雷达,并可在高超声速情况下使用远程导弹或激光波束武器。
国外高超声速飞行器研制计划
信息专递本文2006-04-28收到,沈剑系中国航天科工集团三院三一o 所助理工程师,王伟系该院科研部助理工程师图1 X-43A 高超声速研究飞行器国外高超声速飞行器研制计划沈 剑 王 伟摘 要 介绍了目前美国等7个国家30项高超声速飞行器研制计划的进展情况和所取得的成果,从中可以看出国外高超声速飞行器的发展水平和趋势。
关键词 高超声速 巡航导弹 超燃冲压发动机 飞行试验前 言高超声速飞行器技术是21世纪航空航天技术的新制高点,是航空史上继发明飞机、突破声障飞行之后第三个划时代的里程碑,同时也将开辟进入太空的新方式。
高超声速飞行器技术的突破,将对国际战略格局、军事力量对比、科学技术和经济社会发展以及综合国力提升等产生重大和深远的影响。
因此,世界主要国家一直把高超声速飞行器研制作为科技发展的最前沿阵地,从人力、物力、财力等各方面给予大力支持。
自20世纪50年代末开始探索超声速燃烧冲压发动机技术以来,经过几十年的探索,美国、俄罗斯、法国、德国、日本、印度和澳大利亚等国在20世纪90年代初陆续取得了技术上的重大突破,并相继进行了地面试验和飞行试验。
这表明高超声速技术从进行概念和原理探索的基础研究阶段,进入了以某种高超声速飞行器为应用背景的先期技术开发阶段。
各国技术开发的主要应用目标近期为高超声速巡航导弹,中期为高超声速飞机,远期为吸气式推进的跨大气层飞行器、空天飞机。
1 美国1.1 H yper -X 计划经过较长时间的研究和实践,美国在高超声速飞行器的设计研制方面积累了丰富的经验。
作为试验性高超声速飞行研究计划,H yper -X 计划是对以往所做工作的一次检验。
H yper -X 计划是美国国家航空航天局(NASA )近年来重点开展的高超声速技术研究计划,主要目的是研究并验证可用于高超声速飞机和可重复使用的天地往返系统的超燃冲压发动机技术,并验证高超声速飞行器的设计方法和试验手段。
1997年1月,NASA 与兰利研究中心、德莱顿飞行研究中心签订合同,H yper -X 计划正式启动。
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美国政府耗费巨资支持的造假—超高速飞机的神话柝解以综合学术角度剖析美国X-43A超高声速飞机试验作者深圳刘昌喆注:本文是应《中国军事》杂志建军八十周年记念约稿而作(2007)。
因观点非主流而被拒载。
留此存照,亦期交流。
2008年上传此文,因博客字数所限分成上下两部分,阅读不方便。
如今网站进步又重新整篇上传,—2010年的说明。
又注:当年文档中插不进图片,如今网站功能强大,所以加进图片整理重发。
美国的超高速骗局还在继续重演,2012年又有X-51试飞报道。
所以这篇写于2007年的文章仍有现实参考意义。
关键词:超高音速激波燃烧速度混合过程动量结构空气动力学飞行姿态稳定性学术结果不真实摘要:美国超高音速飞机X-43A在2001年曾试飞失败,当时舆论界在将信将疑中毁誉参半。
在2004年发布的X-43A飞机两次试验成功的结果以后,全世界舆论都为之贺彩;美国舆论称之为莱氏兄发明飞机后又一航空史上的重大突破。
各国航空学界多为美国科技之高超而折服,进而引发一轮包括中国在内的全世界范围的超高音速冲压发动机研发跟风热潮。
本文以严谨的多学科理论根据分析,证明该耗资1.8亿美金、轰动世界的试验原理上就存在多方面致命错误。
而关于所谓“试验的成功”的各种报道,也破绽多多,经不起推敲。
事实并非如报道的那样辉煌。
这应该是在美国政府出于政治利益而默许的、研究单位出于对耗掉如此巨资而无果,因利益需要的一起毫门学术造假。
一、X-43A超高音速飞机的“试验飞行”成功报道中的疑点X-43A超高音速飞机的“试验飞行”成功,在网上、报刊和电视的所有新闻媒体都有一段时间醒目的报道。
但在所有关于X-43A报道却有着共同的疑点:1、为什么耗此1.8亿巨资的,又是“成功”的试验项目最有价值的试验飞机不回收?这在技术上和经济上都应没有障碍(现代技术人造卫星都可以收回),尤其X-43A是在海面溅落,回收相对更容易。
如回收飞机实体,一是有助技术总结的巨大科研价值,二是可与莱氏兄弟的飞机同样陈列在美国国家博物馆,其里程碑式“成功”使该试验飞机文物价值应该无法估量。
回收它更是对花掉如此巨资的最好的交代。
可是2004年二次试验的报道中都说:“按计划坠入太平洋....”,好像这二次试验计划前已有准备“毁证”的嫌疑。
2、在所有报道的画面里只见X-43A与飞马火箭一起飞行,只有火箭发动机喷气推进的画面[见图1a];而为什么没有X-43A点火、分离和飞行的画面?图1a图1b如果X-43A发动机真的点火工作了,取得这画面或视频在目前技术上都不难,而这样画面更令人信服地说明问题和更鼓舞人心,所以也是必要的。
只展示X-43A自主推进飞行外观雄姿又不会涉及技术泄密问题;相信研制者不会忽略这样重要展示机会。
庞大的B52飞机都出动了,维独缺少最重要的展示画面?个别报道里有模拟效果图,可惜没画喷火推进效果和画了多余的云朵;否则真是让人信以为真了[图1b]。
3、从高速的B52飞机上发射一吨多重的飞马火箭,有足够的动力飞到7倍音速,和到达3.3万米的高度。
2004年3月X-43A的第二次试飞时X-43A点火后(假如是)只“工作”了十秒钟!?根据美国发布数据的网上多个报道都说X43-A落入太平洋前,无动力飞行了720km,只耗时6分钟。
那么说明它在6分钟时间里,差不多平均以2000米/秒的6倍声速飞行?与航天飞行器再入大气很快减速过程相比,X-43A无动力能保持这样高速就不合常理。
这些数据有许多悬念也有许多矛盾。
二、X-43A飞机结构形状空气动力学分析X-43A的行状像一个楔子[图2-A]。
这X-43纵断面形状几乎完全照搬普朗特《流体力学概论》[1981版]481页引用的约翰尼森等人在假设条件下的分析图[见对比图2-B]:在该图2-B表示了当时理论界学者们以低速飞行器思维,来设想高超音速飞行器假想出的所谓“升力推力体”;这本是在许多假定条件下推理想象的演示图。
在低压音速飞行器设计时,抵抗重力的升力是必需考虑的重要因素,所以想象推理的罗辑趋向“有升力推力的形状”,后面将以激波理论证明这种设想是错误的。
而超音速(或高超音速)重力影响就次要得多。
如现代空-空导弹必需能完成超10g的机动飞行;而其翼面远小于低速鸭式飞机前舵面。
像X-43A这种照猫画虎,把分析示意图直接搬来成为工程设计的窄楔形外形的飞机,在低速时升力不足、高速受力面积又太大也不对称,并且无论在高速或低速流场中这种上下不对称的窄楔形状的飞行器稳定性极差。
从报道资料上看,X-43A连风洞试验时都是与飞马火箭装在一起的。
如果作有俯仰自由度固支的X-43A超音速风洞试验的话,这样形状一定能测出会引发翻转的力矩或极强的抖振。
X-43A与飞马火箭连接处有一向后开口盒状榫接口。
流体力学基本常识告诉我们在超高速流场中飞行器表面不能有不规则形状突凹,尤其是轴向不对称的形状,那怕是很小型状突变在超高音速流中都会引发灾难性后果。
所以超音速飞机的机翼翼展都较小并设计成弦对称截面。
这个X-43A榫接口后面经低速流场时会形成涡街,在高速流场中会形成局部真空,在超高音速流场中必定产生普朗特-梅耶膨胀,形成一个发散的激波。
这在X-43A惯性质心上部造成向后的一个很大的阻力,它会形成倒翻转的力矩。
如果位于X-43A惯性质心下部的发动机有向前的推力的话;那么这一对力偶矩就使X-43A绕质心迅速旋转(倒着翻跟斗)。
跟本谈不上能够飞行。
由于X-43发动机推力方向不通过质心,所以气动力、惯性力与推力都必会产生力矩。
如发动机不工作X-43A无推力飞行,在高速流场中里,其重心下面的发动机进气口巨大阻力使X-43A头部可能会向下倾转。
假设发动机点火并产生推力就如上面所说X-43A头部一定会向上杨,并迅速倒转。
三、激波及气流压缩分析在相对亚音速大气流场中,X-43A滑橇式前机腹的形状还是可以对前方来气流进行引导,并集中收拢在发动机的进气口处。
而在高超音速情形下,飞机的前后机身表面都行成多道激波;激波平面与飞行其表面成一组角度基本不变的张角。
在滑橇式前机腹向下转弯处的激波平面与转弯处切向面的角度近于不变,这是激波在转弯面上典型现象。
那么在激波面前方被压缩的气体就有向无约束方向,并沿激波面流去的趋势。
图3.在[图3]高速有激波存在的流场中绕光滑机翼(引自普朗特)的流线图片说明,气流沿(激波面1/2)角度面流开;贴近翼面附近空气密度并不高。
在普朗特引用约翰尼森等人在假设条件下的分析图中,研究人员主观的将“升力推力体”前下方的激波面从前缘画到了假设的发动机进气口处,这违反了激波在转弯面处的现象。
流体力学常识告诉我们压缩发生在激波面的前方附近,在超高速的X-43A 滑橇式前机腹下多道激波层层档压,激波面后的进气口处压力不能很高,能在“升力推力体”下拐角获得较高进气总压只是当年学者们从没验证过的错觉。
另外孤立面在超高速流场中摩擦生热对表面气流密度影响很大,这与对称约束面情况不同,会使低密度的表面层加厚。
这个因素使进气口处成为预压缩区更不可能。
四、燃烧理论分析X-43A的设计方案有一个新的燃烧概念:“超音速燃烧”。
但没有对此更深入说明。
目前的技术在亚音速燃烧室里为高速湍流中保持连续燃烧,工程师们都要刹费苦心地设计各种火焰稳定器。
X-43A燃烧室内超音速流场的火焰能连续燃烧工作十秒以上的报道,足以让全世界同行难望其项背,由于不得其解,也许就更显高深莫测。
按动量原理X-43A要获得推力,其发动机喷出流动量D p=mV p必须大于进气动量D j=mV j,单位气流团在进出发动机因质量变化很小,为便简化比较,暂把m 看作常量。
假定在零阻力条件下维持飞行,起码条件:D p=D j 也就是要V p=Vj 。
X-43A的报道第二次试验达到7倍音速的飞行速度,那么按上面条件分析喷出流V p(起码)等于来流V j约为2500米/秒。
3.7米长的X-43A机腹下的发动机仅约有0.5米长;按这个速度气流(团)流过发动机全通道的时间只有1/5000秒(0.2毫秒)!假定该发动机燃烧室长度是发动机通道全长1/3,那么同一当量体积的气流(团)在发动机燃烧室的停留过程仅为1/15000秒(0.07毫秒)!根据韩昭昌:《燃料及燃烧》[冶金工业出版社]和霍然的《工程燃烧理论》[中国科技大学出版社]等文献中的记载,氢与空气混合物在最佳条件下燃烧速度2.92米/秒-10米/秒,假定在10米/秒的火焰传播速度下,在燃烧室入口点混合物向上游传播火焰,它的起点与混合物同步向下流动。
如要使火焰传到燃烧室等长的距离(0.15米)需要0.015秒(15毫秒)。
显然在X-43A试验报道中,相当于一个燃烧室容积的氢与空气混合物的燃烧过程需时间是氢与空气混合物流过燃烧室所需时间长200多倍!换句话说一个燃烧室容积的氢与空气混合物如果可能被点燃,它的燃烧过程完成时,该部分气体已在发动机后部出口外面30多米处了。
这说明报道的X-43A的发动机根本无法点火,也不具备可燃烧工作的条件。
X-43A的第三次试验报道达到了十倍音速,其燃料混合流在燃烧室内停留时间已减到0.04毫秒,比第二次试验更难点火工作。
《燃料及燃烧》也对燃速u与流速w不相等时,流动的可燃混合物的燃烧传播过程中同样规律的描述:燃烧的火焰从前沿向后传播速度u(相对可燃混合物流)如果小于可燃混合物流动速度w时火焰的前沿向下游移动。
五、速度流场环境条件分析X-43A“成功试验”的最精采部分就是对速度的应用前景的展望。
既然十倍音速都“成功”了,那么二十倍音速就指日可待了。
那么这些速度对现实意味着什么呢?在普朗特《流体力学概论》中早期的论述中,提到了6倍音速以上高速气流对固体表面摩擦、产生高温并使气体分子离解为原子的概念。
这个概念在几十年来航天器再入大气的过程中无数次被验证。
航天界对此有一个统称:黑障过程。
由于飞行器外表面形成原子离子层,所有电子控制和通讯信号都被屏避而无法进行,因此称为“黑障”在黑障过程中,飞行器外的表层高温,使乘员生命保证系统及通讯器材仪器的安全,都受到极严酷的考验。
也有把黑障叫做航天返回路上的拦路虎,克服它是航天工程师们极重要的任务。
在航天活动中这也是费用成本最高的部分之一。
幸好在航天器返回再入大气的黑障过程时间很短,航天器在大气阻力下速度很快降到脱离黑障程度。
如果把民用飞行器送进如航天器的再入段“黑障”过程中,而且没考虑很快“脱离苦海”;那么在仅有(假如可能)速度好处和利用大气中的氧这二个得益后面权衡安全成本是否划得来?一个不能进行通讯和电子控制的“瞎子陨石”式的飞行器还那么令人神往吗?更离谱的是雄心博博地要造二十倍音速的冲压飞机,二十倍音速已接近第一宇宙速度。
这个指标就不分析了。
因为大家都知道,完成这个速度指标的火箭发动机技术远比冲压发动机技术成熟、合理和便宜。