俄罗斯高超声速技术飞行试验计划_一_

武器系统

本文20002126收到,作者系航天机电集团公司三院310所研究员

俄罗斯高超声速技术飞行试验计划

(一)

刘桐林

摘　要　高超声速技术是现代高新技术的集合,已经进入飞行试验阶段。在这一技术领域中,俄罗斯、美国研究处于世界的领先地位。本报告较全面介绍俄罗斯高超声速技术进展,重点介绍当前正

在或计划进行的4个飞行试验计划,即“冷”(Холод)计划、“鹰”(Ореβл)计划、“彩虹2D 2”(Радуга2д2)计划和“鹰231”(Ореβл

231)计划。主题词　俄罗斯 高超声速 超燃冲压发动机 飞行试验 计划

前苏联在超声速飞行器和冲

压发动机技术领域在世界上处于绝对领先地位。几十年来,前苏联中央空气流体动力研究院(ЦАГИ

)、巴拉诺夫中央航空发动机研究院(ЦИАМ

)、图拉耶夫联盟设计局(ТМКБ2Союз

)、彩虹设计局(МКБ21адуга

)、莫斯科航空学院(МАИ)等单位长期致力于高超声速技术基础理论研究,在亚 超燃冲压发动机、C H 燃

料、耐高温材料、CFD 技术及一体化设计技术等方面取得了重大突破。在高空飞行试验中,首次实现超声速燃烧,是航空航天领域的重大事件,它将大大促进高超声技术应用研究的发展。

俄罗斯已进入高超声速技术飞行验证阶段。有许多飞行试验计划,多是联合进行的,也有的是与国外合作开发的。其中,重

要的飞行试验计划有4个:ЦИАМ与ЦАГИ等联合进行的

“冷”(Холод)计划和“鹰”(Ореβл)计划;彩虹设计局和ЦАГИ联合

进行的“彩虹2D 2”(Радуга2д2)计划和图拉耶夫联盟设计局

(ТМКБ2Союз)、火炬设计局(ОКБ2Факел

)、米格和莫斯科飞机生产联合企业(МАПОМИГ

)联合进行的“鹰231”(Ореβл231)飞行试验计划。

1　“冷”(Холод

)计划在俄罗斯高超速技术飞行试

验中,最早进行的是“冷”计划。1.1　研制单位概况

“冷”计划是由俄罗斯巴拉诺夫中央发动机研究院(ЦИАМ2C I AM )与俄罗斯茹科夫斯基中央空气流体动力研究院(ЦАГИ2T s A G I )等单位合作进行的。

ЦИАМ是从事航空发动机

研究的国家级科研机构,是俄罗斯最大的研究机构之一,也是欧洲最大的发动机研究试验中心。它是1930年在中央空气流体动力学研究院螺桨发动机部、汽车和航空发动机研究院的航空部、伏龙芝航空工厂设计所的基础上组建的。1955年建成了图拉耶沃试验研究基地,它是欧洲最大的高空、高速下试验航空发动机的基地。后来又陆续建成了计算机中心、生产试验等设施。ЦИАМ的喷气理论与优化发动机性能研究工作成绩突出,研制了几代大功率涡轮喷气发动机,为前苏联发展现代高性能歼击机准备了动力装置,ЦИАМ为前苏联航空发动机的现代化作出了巨大的贡献。

ЦИАМ主要的科研领域有:

图1　ЦИАМC 16冲压发动机综合试验系统(俄罗斯代号Ц

16)气体动力学、燃烧、热交换、结构分析和控制理论领域的基础研究;喷气发动机理论研究;性能最佳化的先进发动机研究;发动机所有部件(包括燃气发生器)的基础研究和应用研究;向各个设计局提供发动机研制的科学依据;为研制中的发动机及其系统、零部件作试验;探索改进发动机技术,以解决环境问题。国际合作方面,ЦИАМ与美国、英国、法国、德国、中国等有科研合作项目,还积极参加大型国际会议和航空技术博览会。

ЦИАМ分两地:院部和科学研究中心在莫斯科市内航空发动机大街,试验研究基地坐落在莫斯科州的雷特卡里诺。科学研究中心下设各研究室进行基础理论研究,它们是大发动机研究室、小发动机研究室、航空航天发动机研究室、冲压发动机研究室、气体动力学研究室、强度研究室、压气机研究室、燃烧室研究室、涡轮研究室、数学模型和计算机辅助设计研究室、飞机动力装置研究室、可靠性试验研究室、操纵系统研究室、燃油研究室、计算机中心、仪表与试验设备研究室和信息研究室。

ЦИАМ拥有大约30座试验设施(包括一架试飞平台),能在接近真实飞行的条件下对航空发动机及其部件、系统和构件进行试验研究。这些设施包括

:涡喷发动机高空试车台,模拟高度H ≈20km ,M a ≤30,实时处理试验数据;发动机小试车台,模拟试验涡喷、涡扇发动机的飞行高度、速度以及气候情况,模拟高度H =0～10km ,M a =0～15;气候试车台,可做地球上各地的

气候条件下的模拟试车,如模拟试验发动机在高山机场的工作特性;开口段风洞,试验发动机在飞机起飞和着陆时的工作情况;压气机试验台,研究压气机的气动力特性和强度,装备有试验数据自动采集和处理系统,可以对全尺寸的双轴或内外涵道压气机,或者其模型在地面或高空、高速条件下进行试验,所试验的压气机最大转速17000转 分;研究燃油雾化和燃烧过程的装置;燃烧试验台;涡轮及其零部件试验台;研究气体动力学的现代数学模型;计算机辅助设计系统;强度试验室有一整套对航空发动机的材料、零部件作强度试验的台、架和装置;现代化的激光、光学测试系统。

ЦИАМ是与美国阿纳德研究中心实力相当的科研机构,科研人员3500多人,技术实力雄

厚。除去众多知名专家外,拥有博士60多人,副博士260余人。两年前,叶利钦总统发布命令,

图2　轴对称亚 超燃冲压发动机

模型外形图

　图3

轴对称亚 超燃冲压发动机模型结构示

意图

图4　轴对称超燃冲压发动机气流流路图

将ЦИАМ命名为国家研究中心,开展航空发动机基础理论研究,并对该专业技术领域的发展与产品负有认证的职能。1.2　轴对称亚 超燃冲压发动机试验模型

ЦИАМ的亚

超燃冲压发动机试验模型是轴对称的。在轴对称冲压发动机设计技术中,俄罗斯处于世界领先地位,并已成功地在飞航导弹中广泛应用。

轴对称亚 超燃冲压发动机模型是一个自主系统,它包括携带氢燃料的亚 超燃冲压发动机、燃料监控 测量系统、遥测系统等。程序控制系统控制发动机的燃烧状态;地面遥测站接收遥测系统的数据进行处理。试验模型总质量为595kg ,长度为4.3m ,最大直径为750mm ,可携带17kg (300L 3)的液氢燃料。试验发动机的进气道直径为230mm ,长度为1.28m 。

发动机及支架的很多部件均是用普通材料制成的,进气道及中心锥、燃烧室和液氢燃料箱由不锈钢制成;锥尖和整流罩前缘处用铝2铁2铬粉末冶金材料,可承受1200℃以上的高温。

在试验燃烧室中有气蚀火焰稳定器。在发动机模型的进气道中有三排喷嘴。图4是试验发动

机模型空气流路图。在冲压发动机进行亚声速燃烧时,使用 、 两排喷嘴;在超声速燃烧条件下使用 ～ 喷嘴,做到双模态燃烧的转换。1.3　试飞器

ЦИАМ轴对称亚

超燃冲压发动机试飞器采用已经开始退役的远程、中高空地对空导弹系统

SA 25

“甘蒙”(Gamm on )(俄罗斯名称为Вега“维加”

,系统代号C 2200)中的5B 28导弹。该导弹是C 2200系统中重要组成部分,是

火炬设计局从60年代初开始研

制、70年代初装备的。它是一个系列家族,有SA 25,SA 25A ,SA 25B ,SA 25C ,SA 25D ,SA 25E

型号,相应的俄罗斯代号为C 2200,C 2200B ,C 2200э,C 2200Д,

C 2200Э

,Э表示出口型,曾出口原华约国家,在原独联体国家也大量装备,也曾向利比亚出售。它是为拦截高空侦察机、远程空对地导弹载机、高空远程支援式干扰机和指挥机而研制的(目标最大速度为1200m s )。该导弹作战距离为17～320km ,拦截高度为0.3～35km 。弹长10.8m ,弹径( 级)为860mm ,发射质量约为7000kg ,最大飞行速度M a =5,机动能力20g 。采用固定阵地发射,固定高低角,方位可随动。 5B 28导弹是二级并联系统。4台固体火箭助推器捆绑在 级弹体四周。助推器工作完后,靠头部气动不对称力向四周分离。每台助推器推力20t 。 级呈“×”形正常式气动布局,有4片大后掠弹翼,全动式尾舵。主发