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SR-72高超声速飞机  

2014-01-29 18:56:58|  分类: 高超声速 |  标签: |举报 |字号 订阅

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SR-72高超声速飞机 - kktt - 长缨在手  敢缚苍龙

2013年11月1日,美国洛马公司在其SR-71“黑鸟”战略侦察机的诞生日宣布,该公司正在研制SR-71的后继机,命名为SR-72,也称“黑燕”。该机采用高超声速技术,飞行速度为SR-71的两倍,集情报搜集、侦察、监视和打击等多种作战能力于一体。

一、计划背景

早在上世纪60年代,美国洛马公司臭鼬工厂研制了SR-71高空高速战略侦察机,其最大飞行速度达到3.35马赫、最大升限30500m,具有较小的雷达反射截面;该机型在上世纪70~80年代执行了大量的战略性情报、监视与侦察(ISR)作战任务。由于经费昂贵以及防空系统技术进步,该机型于1990年全部退役。
根据美国空军高超声速长期路线图,美空军渴望拥有高超声速ISR作战飞机,执行对反进入地区进行渗透,以及在拥有先进的防空系统和反卫星技术国家上空实施对抗等任务,弥补现有卫星、亚声速有人驾驶和无人驾驶飞机ISR快速响应能力的不足。
洛马公司和航空喷气洛克达因公司通过美国国防高级研究项目局(DARPA)和美国空军联合实施的“兵力从本土发射与运用”(FALCON)计划的“黑雨燕”(HTV-3X)研究项目,在2009~2010年完成了涡轮基超燃冲压组合循环(TBCC)发动机模型设计,随后两家公司又进一步开展了为期7年的合作,实现了涡喷发动机与超燃冲压发动机的集成(TBCC发动机),解决了高超声速飞行器动力系统的一项关键技术问题。SR-72就是在上述研究的基础上进行发展。

SR-72高超声速飞机 - kktt - 长缨在手  敢缚苍龙

二、总体设计及关键技术

洛马公司与航空喷气洛克达因公司已研究用于SR-72的动力系统多年,未来将分两个阶段实施SR-72的研制和试验工作。
1.总体方案
第一阶段:2018年研制一架完全自由选择的有人驾驶飞行研究机(FRV),2023年实现首飞。FRV长约18.3 m,尺寸与F-22相当,配备单台全尺寸发动机,能够以6马赫的速度飞行数分钟。
第二阶段:研制实用型SR-72高超声速飞机,2030年投入使用。SR-72尺寸和航程都与SR-71接近,长约30.5 m,航程约4800 km,但是飞行速度是SR-71的2倍。
2.关键技术发展
除了进一步突破TBCC发动机技术,洛马公司还需解决气动、结构与防热设计等技术难点。
  • 气动设计
SR-72并没有采用HTV-2和X-51A等高超声速飞行器的“乘波体”气动构型,而是采用翼身融合体气动构型。其典型特点是:(1)机身前体能够在高速飞行下为进气道来流提供压缩;(2)主体构型带有突出的脊背和大后掠角三角翼,脊背从机身中部开始延伸至后段。洛马公司不主张采用“乘波体”气动构型,认为“乘波体”气动构型飞行器很难起飞和着陆,燃料储量有限、跨声速阻力大;同时,该机脊背和三角区域能够增加方向稳定性,并在高速巡航时提供更多的升力。此外,在发动机与机身平行的直角,经过一段过渡后,进一步延伸为具有稍小后掠角的机翼外段。这种气动布局使机翼前缘、机翼内翼外段、进气道外侧构成了一个梯形翼面,其所产生的涡流升力有助于低速段飞行。
  • 发动机设计
SR-72采用与HTV-3X类似构型的TBCC发动机,如图3所示,其发动机舱安装在机身两侧靠内位置。涡轮发动机为飞行器提供马赫数从0到3的加速度;超燃冲压发动机提供马赫数从3到6的加速度。
与HTV-3X不同的是,SR-72的TBCC发动机采用低阻力小型涡轮发动机,可能利用现役战斗机采用的F100/F110发动机,这种发动机可以使SR-72能够在低速段更轻快地加速。更重要的是,SR-72采用一个共用的进气道和喷管,可以显著降低飞行器的阻力。
  • 结构与防热设计
尽管SR-72表面可能喷涂雷达吸波材料,但是SR-72尖锐前缘的热防护需求最为复杂。洛马公司表示,SR-72的防热设计将集成以往HTV-2的研制和飞行试验。HTV-2最高飞行速度超过20马赫,表面温度高达3500°F。SR-72可能采用热金属前缘和“高热/高温”先进的金属主结构设计,以应对高热流载荷。

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三、研制进展

SR-72并非洛马公司研究的第一架高超声速飞行器。早在2003年FALCON计划中,洛马公司作为主承包商研制了一系列高超声速技术飞行器(HTV),包括无动力助推滑翔技术验证飞行器(HTV-2)和有动力高超声速巡航验证机HTV-3X。HTV-3X验证机发展计划尽管在2008年被取消,但该项目涉及到的TBCC技术仍继续发展,而且取得了TBCC发动机突破性的关键技术成果。
HTV-3X飞行器及其发动机发展项目实现了涡轮发动机和冲压发动机之间的模态转换,开发出实用化TBCC推进系统的集成方法,而且完成了TBCC的缩比地面试验。HTV-3X具备实现起飞阶段可控,亚声速、跨声速、超声速和高超声速段加速的能力,特别是获得了维持跨声速段稳定性的飞行控制系统的重要经验,而且已通过一系列风洞试验进行了验证。

四、结束语

SR-72项目投资经理已明确表示,该高超声速飞机是应美国亚太地区新战略而生。SR-72将是未来美国深度介入太平洋地区进行快速ISR的利器。当前美国正在为“空海一体战”全面发展各种类型的高超声速武器,其中包括无动力与有动力的战略远程打击武器、战区时敏目标打击武器、临近空间ISR飞机、无人小型空间飞机等多种类型的高超声速导弹与作战平台,已呈现遍地开花的研究之势,其高超声速技术必将在未来10年获得整体突破。

(姚源 陈萱)
《中国航天》2013年第12期
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