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臭鼬工廠潛心研制SR-72高超聲速無人機(jī)-組合循環(huán)推進(jìn)

發(fā)布日期:2017-02-19我要投稿我要評論
  5年多前,X-43A驗(yàn)證機(jī)的試飛成功和X51A驗(yàn)證機(jī)的蓄勢待發(fā),充分表明了美國在雙模態(tài)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)取得了前所未有的突破,這也為“黑燕”在高空實(shí)現(xiàn)高超聲飛行奠定了基礎(chǔ)。然而,就型號(hào)技術(shù)而言,目前能夠?qū)?ldquo;黑燕”推進(jìn)同溫層的發(fā)動(dòng)機(jī)尚未問世,因此,“黑燕”順利實(shí)現(xiàn)起飛的前提是必須完全掌握較為成熟的組合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)。
  此前,“獵鷹”計(jì)劃的智囊團(tuán)對組合循環(huán)推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行了反復(fù)論證,多次評估了燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)與火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)劣,目的是以最佳方式將飛機(jī)推進(jìn)到超燃沖壓發(fā)動(dòng)能夠起動(dòng)的最小速度馬赫數(shù)4~4.5范圍內(nèi)。從工程研制角度來看,獲得高超聲速的最好方法是利用火箭發(fā)動(dòng)機(jī)助推,但存在無法重復(fù)利用的問題。因此,根據(jù)美國國防部的投資要求,吸氣式、高超聲速、渦輪基組合循環(huán)(TBCC)推進(jìn)系統(tǒng)明確地成為了發(fā)展一種可重復(fù)使用的高超聲速飛機(jī)必備的關(guān)鍵技術(shù)之一。
 
  為了能夠依靠自身的動(dòng)力實(shí)現(xiàn)起飛和著陸,“黑燕”將采用可以在高馬赫數(shù)下工作的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。于是,DARPA分別授予了羅羅公司和威廉姆斯國際公司一項(xiàng)合同,用于研制兩種不同的小型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī),以滿足組合循環(huán)推進(jìn)系統(tǒng)的要求。兩家公司已經(jīng)按照進(jìn)口直徑33厘米的尺寸要求,開始發(fā)展各自的型號(hào)。并非巧合的是,這一尺寸數(shù)據(jù)與美國海軍“時(shí)敏目標(biāo)遠(yuǎn)程打擊創(chuàng)新方法”(RATTLRS)項(xiàng)目所采用的YJ102R渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)完全相同,由此推測,臭鼬工廠正在利用快速原型技術(shù)發(fā)展高超聲速驗(yàn)證平臺(tái)。目前,羅羅公司下屬的自由工廠已經(jīng)基本掌握了高推重比彈用渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵技術(shù),然而彈用渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的使用特點(diǎn)難以滿足“黑燕”飛機(jī)可重復(fù)使用的苛刻要求,估計(jì)會(huì)通過降低部分設(shè)計(jì)參數(shù),進(jìn)一步發(fā)展出一種衍生型號(hào)。
  相比之下,普惠•羅克達(dá)因公司在雙模態(tài)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的研制和試驗(yàn)中已經(jīng)達(dá)到了應(yīng)用水準(zhǔn),為“黑燕”項(xiàng)目的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。自從首臺(tái)CDE-1發(fā)動(dòng)機(jī)在2003年試車成功以來。采用閉環(huán)燃油系統(tǒng)的GDE-2發(fā)動(dòng)機(jī)也順利點(diǎn)火,驗(yàn)證了可以采用鉻鎳鐵合金625來制造發(fā)動(dòng)機(jī),而且高閃點(diǎn)的JP-7燃油吸收熱量后,能夠裂解成為容易點(diǎn)燃的碳?xì)淙剂?,有利于在超聲速氣流中更加可靠地燃燒。最為關(guān)鍵的是,該公司已經(jīng)完全掌握了超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油噴射控制技術(shù),可以根據(jù)飛行速度逐漸增加所導(dǎo)致的激波強(qiáng)度、位置的變化,有效地控制燃油噴射的位置,從而實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)持續(xù)、穩(wěn)定地燃燒。
  在“獵鷹”計(jì)劃中,洛克希德•馬丁公司還專門實(shí)施了一項(xiàng)“獵鷹組合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)”(FaCET)子計(jì)劃,通過地面試驗(yàn)來驗(yàn)證組合循環(huán)推進(jìn)系統(tǒng)之間的匹配工作,主要包括兩種發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換、進(jìn)氣道與超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)之間的匹配、共享噴管及噴氣對飛行器氣動(dòng)性能的影響等試驗(yàn)。
 
  這項(xiàng)計(jì)劃的一個(gè)重要內(nèi)容是驗(yàn)證三元進(jìn)氣道的性能。與X51A驗(yàn)證機(jī)采用二元楔形進(jìn)氣道來捕獲和壓縮進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的氣流不同。“黑燕”將采用三元流線型進(jìn)氣道,將氣流轉(zhuǎn)向推進(jìn)系統(tǒng)的軸線,其優(yōu)點(diǎn)是具有較低的重量、較小的迎風(fēng)面積和較高的壓力恢復(fù)性能,并能夠?qū)崿F(xiàn)飛行器與發(fā)動(dòng)機(jī)的一體化,從而獲得更有效的較高升阻比。
 
  然而,“黑燕”項(xiàng)目生不逢時(shí),不到一年時(shí)間就因難以獲得足夠的研制經(jīng)費(fèi)而被迫中止,也使得原本準(zhǔn)備突破高速渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的美好設(shè)想化為泡影。
 
  2007年9月,ADRPA與美國空軍簽署了諒解備忘錄,計(jì)劃在5~5年時(shí)間里共同承擔(dān)研制“黑燕”所需要大約8億美元經(jīng)費(fèi)。2008年10月初,美國國會(huì)將DARPA為該項(xiàng)目提出的2009財(cái)年預(yù)算申請從7000萬美元削減到1000萬美元,并取消了美國空軍申請的5000萬美元。結(jié)果,“黑燕”項(xiàng)目的預(yù)算從原計(jì)劃的1.3億美元驟然削減到1000萬美元,這對于HTV-3X驗(yàn)證機(jī)的發(fā)展工作來說簡直就是杯水車薪。萬般無奈之下,DARPA發(fā)表了一份聲明,宣布取消“黑燕”項(xiàng)目。
 
  “黑燕”項(xiàng)目浮出水面僅僅半年時(shí)間,尚未正式啟動(dòng)就胎死腹中,這在DARPA創(chuàng)新歷程中十分罕見。但是,隨著美國全球軍事戰(zhàn)略的調(diào)整,美國國防部對于高超聲速平臺(tái)的作戰(zhàn)需求卻與日俱增。
 
  因?yàn)樵S多國家都部署了更加嚴(yán)密的防空系統(tǒng),掌握了有關(guān)衛(wèi)星在軌道上運(yùn)轉(zhuǎn)規(guī)律的關(guān)鍵技術(shù),使目前美國廣泛采用的偵察衛(wèi)星、亞聲速偵察機(jī)和無人駕駛偵察機(jī)等多種措施,在拒止區(qū)域或?qū)箍沼騼?nèi)面臨的潛在危險(xiǎn)日益增加,因此,美國國防部的防務(wù)規(guī)劃人員逐漸意識(shí)到當(dāng)前快速反應(yīng)情報(bào)領(lǐng)域已經(jīng)暴露出許多問題。毫無疑問,美國空軍對于高速ISR能力存在著迫切的軍事需求,為此出臺(tái)了著眼長遠(yuǎn)的《高超聲速路線圖》,直接推動(dòng)了洛克希德﹒馬丁公司自行投入巨額資金,力求攻克高超聲速平臺(tái)一直面臨的技術(shù)瓶頸。預(yù)計(jì),SR-72項(xiàng)目主要用于填補(bǔ)當(dāng)前美國國防部在情報(bào)偵察方面暴露出的空白,同時(shí),武裝型高速ISR平臺(tái)還有能力在敵對目標(biāo)躲藏起來之前,對其發(fā)起迅雷不及掩耳地攻擊 。從作戰(zhàn)使用來看,在高空能以馬赫數(shù)6突破防御的飛行器具備更強(qiáng)的生存能力,甚至超過了隱身的作用,現(xiàn)役的超聲速飛行和亞聲速無人機(jī)可能都無法做到這一點(diǎn)。雖然曾經(jīng)有證據(jù)表明,美國國防部一直試圖秘密發(fā)展SR-71偵察機(jī)的繼任者,但是沒有任何跡象顯示出取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展,高昂的研制成本已經(jīng)使這一概念似乎無法變成現(xiàn)實(shí)。
 
  盡管“黑燕”項(xiàng)目無果而終,但臭鼬工廠在相關(guān)的概念設(shè)計(jì)工作中還是取得了幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)成就,只是一直秘而不宣。研制人員通過大量風(fēng)洞試驗(yàn),優(yōu)化出一種飛機(jī)總體構(gòu)型,能夠有效地實(shí)現(xiàn)起飛、加速,從亞聲速、超聲速、跨聲速到高超聲速整個(gè)過程的完全可控飛行,并保持穩(wěn)定的飛行狀態(tài)。更為重要的是,臭鼬工廠通過與航空噴氣羅克達(dá)因公司(Aerojet Rocketdvne)長期合作,尋找到將渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)與超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)整合為一體的方法,可以推動(dòng)飛行器從靜止?fàn)顟B(tài)加速到馬赫數(shù)6。無人機(jī)。
 
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