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中国高超音速武器有多先进:这项气动技术领先美俄

2018-03-05 16:04:45 点击: 来源: 止戈网 反馈
导读:普京在3月1日的2018年国情咨文中曝光了两款高超音速武器,分别是“匕首”空射高超音速导弹和“前锋”高超音速滑翔弹头。其中“匕首”速度高达10马赫,在播放的视频中是以米格-31战斗机采取腹下挂载的方式,起飞升空后投放,导弹下落到一定高度后抛

  普京在3月1日的2018年国情咨文中曝光了两款高超音速武器,分别是“匕首”空射高超音速导弹和“前锋”高超音速滑翔弹头。其中“匕首”速度高达10马赫,在播放的视频中是以米格-31战斗机采取腹下挂载的方式,起飞升空后投放,导弹下落到一定高度后抛开尾部的护盖,然后发动机点火,推动导弹前飞并爬升,接着采用高抛弹道飞行,末段进行大角度俯冲攻击。该导弹既能攻击海上目标,也能攻击地面固定目标。军事专家陈忠告诉记者,从外形来看,“匕首”导弹与伊斯坎德尔近程弹道导弹很相似,都是圆胖的弹体和尖锥头部,由此推测“匕首”可能是在伊斯坎德尔导弹基础上改进的。伊斯坎德尔本身就具备高超音速,而“匕首”的高抛弹道也类似于弹道导弹的弹道,这意味着其可能是一款机载的反舰弹道导弹,但是其在末段能进行机动飞行,此时的速度可能会明显下降,与普通的超音速反舰导弹相似。

  “前锋”的外形类似美国的“猎鹰”HTV-2高超音速滑翔飞行器,并且是由洲际弹道导弹携带投放,而洲际导弹在末段的飞行速度本来就在20倍音速以上,所以普京说“前锋”能够以20倍的高超音速飞行并不稀奇,实际上这是将洲际导弹提供的高超音速算到“前锋”头上了,有点移花接木的意思,一些军事观察家认为“前锋”可能与之前试验的YU-71高超音速飞行器有关,“前锋”最大的特点是在与洲际导弹的投放母舱分离之后,能够以高超音速进行滑翔飞行,并且任意进行机动,这将使反导系统很难推算其飞行轨迹。而且滑翔弹头在进入大气层之后,速度虽然会不断下降,但也能保持5马赫以上的高超音速。这样一来,像萨德这样的反导拦截弹就很难对其实施拦截。不过,“前锋”是以模拟动画表现其外形和飞行方式的,未见实物,所以其很可能还没有完成研制工作。

  同时还有必要强调的是,“前锋”虽然能进行滑翔飞行,但像美国发展的陆基中段反导系统所用的地基拦截弹(GBI)以及发展中的“标准”3 Block2A都具备中段拦截能力,这样洲际导弹在释放“前锋”滑翔弹头之前仍然是存在被拦截的很大可能性,因此“前锋”并不能像普京所说的那样突破任何反导系统。不过,军事专家认为,俄罗斯高超音速导弹的性能可能与中国测试的东风-17还存在较大距离,一方面,俄罗斯恢复前苏联对于助推-滑翔式高超音速飞行器的研究,时间并不是很长,一般认为是2006年之后,才开始在中央气动研究院开始测试新型飞行器气动布局研究,时间不长、资金不够,难以和中美两国相提并论,另一方面,俄罗斯在高超音速飞行器的气动飞行试验上缺乏相关的高超音速风洞研究数据。

  图片为我国JF-12大型高超音速风洞系统,这是世界上最大和最先进的高超音速试验设备,据悉,我国高超音速武器进度优于美国的主要原因,就是中国拥有世界上最强大的高超音速飞行器研究设备,通过模拟还原高超音速飞行器的飞行环境,来了解飞行器在层流和湍流中的反应,军事专家告诉记者,大量研究表明,如果飞行器表面流动一直保持为层流,可以节省能量的消耗,提高飞机性能和飞行效率。在航空发动机的燃烧室中,则恰恰相反,需要流动迅速湍流化使得燃料充分混合以提高燃烧效率。因此,边界层转捩 (zhuǎn liè)即何时由层流过渡到湍流,对于航空航天飞行器具有非常重要的实用价值。军事专家告诉记者解释到,层流和湍流,是自然界中广泛存在的两种不同流态。层流是空气或液体有规律的分层流动,互不混合,可以有数学公式进行计算、预测。湍流是空气或液体流动中有许多小漩涡,毫无规律,又称乱流,目前还没有一个大家公认的理想公式,是公认的世界未解难题之一。

  而对于高超音速飞行器而言,边界层转捩更为重要,高超音速飞行器前体如果大部分保持层流,就可以大大减小气动加热和阻力 , 可比完全湍流时,有效载荷增加60%--70%。在高超声速技术的基础研究问题中,边界层转捩一直是一个公认的难题。早在2006年,美国空军阿诺德工程发展中心(AEDC)与国防部办公厅(OSD)在两者联合开展的《高速/高超声速试验与评估基础设施能力研究》报告中指出,“边界层转捩现象在未来20年内能够被精确模拟的概率非常之低”。美国NASA和空军研究实验室(AFRL)还依托美国几家高校成立了国家高超声速层流-湍流转捩研究中心(该中心为美国三大高超科学中心之一),专门开展边界层转捩控制的理论和试验研究。

  实际上,从该中心2014年中公开的总结报告表明,虽然目前已在高超声速流动不稳定性及转捩测量、转捩机理研究及计算模型等方面取得了一系列研究进展,但仍然存在一些现象机理尚未研究透彻,需要予以持续的支持和投入。为弄清高超音速飞行器边界层转捩问题,美国和澳大利亚科研人员耗资5400万美元,2006年至2015年,曾多次在澳大利亚武麦拉靶场进行飞行试验,其项目代号为HIFiRE计划(高超声速国际飞行研究试验),虽然成功进行了超燃冲压发动机实验,但是边界层转捩实验并没有完全成功。美国空军决定在2017至2019年继续在澳洲靶场进行高超声速飞行器边界层转捩(BOLT)实验。

  然而在美俄还在苦苦挣扎的同时,位于四川绵阳的中国空气动力研究与发展中心,为解决我国高超音速飞行器边界层转捩这个空气动力学基础问题,在国家重点研发计划“大科学装置前沿研究”基金的支持下,在某卫星发射中心进行了某型航天器飞行试验,试验飞行器点火、离架、飞行正常,获取了可供分析的遥外测数据,飞行器全程飞行稳定,防热和承力结构无破坏,工作可靠,实现了圆锥边界层的自然转捩和强制转捩,试验取得圆满成功,并成功回收飞行器残骸和黑匣子,成为世界上唯一完成全飞行试验的高超音速跨大气层飞行器实验,成为完全掌握高超音速飞行器转捩特性研究的国家。(作者署名:军情视野)

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