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臭鼬工廠潛心研制SR-72高超聲速無人機-組合循環(huán)推進

發(fā)布日期:2017-02-19我要投稿我要評論
  5年多前,X-43A驗證機的試飛成功和X51A驗證機的蓄勢待發(fā),充分表明了美國在雙模態(tài)超燃沖壓發(fā)動機技術領域已經(jīng)取得了前所未有的突破,這也為“黑燕”在高空實現(xiàn)高超聲飛行奠定了基礎。然而,就型號技術而言,目前能夠將“黑燕”推進同溫層的發(fā)動機尚未問世,因此,“黑燕”順利實現(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)動機技術。
  此前,“獵鷹”計劃的智囊團對組合循環(huán)推進系統(tǒng)進行了反復論證,多次評估了燃氣渦輪發(fā)動機與火箭發(fā)動機的優(yōu)劣,目的是以最佳方式將飛機推進到超燃沖壓發(fā)動能夠起動的最小速度馬赫數(shù)4~4.5范圍內。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)動機助推,但存在無法重復利用的問題。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)推進系統(tǒng)明確地成為了發(fā)展一種可重復使用的高超聲速飛機必備的關鍵技術之一。
 
  為了能夠依靠自身的動力實現(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)動機。于是,DARPA分別授予了羅羅公司和威廉姆斯國際公司一項合同,用于研制兩種不同的小型渦噴發(fā)動機,以滿足組合循環(huán)推進系統(tǒng)的要求。兩家公司已經(jīng)按照進口直徑33厘米的尺寸要求,開始發(fā)展各自的型號。并非巧合的是,這一尺寸數(shù)據(jù)與美國海軍“時敏目標遠程打擊創(chuàng)新方法”(RATTLRS)項目所采用的YJ102R渦噴發(fā)動機完全相同,由此推測,臭鼬工廠正在利用快速原型技術發(fā)展高超聲速驗證平臺。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)動機的關鍵技術,然而彈用渦噴發(fā)動機的使用特點難以滿足“黑燕”飛機可重復使用的苛刻要求,估計會通過降低部分設計參數(shù),進一步發(fā)展出一種衍生型號。
  相比之下,普惠•羅克達因公司在雙模態(tài)超燃沖壓發(fā)動機的研制和試驗中已經(jīng)達到了應用水準,為“黑燕”項目的發(fā)展奠定了技術基礎。自從首臺CDE-1發(fā)動機在2003年試車成功以來。采用閉環(huán)燃油系統(tǒng)的GDE-2發(fā)動機也順利點火,驗證了可以采用鉻鎳鐵合金625來制造發(fā)動機,而且高閃點的JP-7燃油吸收熱量后,能夠裂解成為容易點燃的碳氫燃料,有利于在超聲速氣流中更加可靠地燃燒。最為關鍵的是,該公司已經(jīng)完全掌握了超燃沖壓發(fā)動機的燃油噴射控制技術,可以根據(jù)飛行速度逐漸增加所導致的激波強度、位置的變化,有效地控制燃油噴射的位置,從而實現(xiàn)發(fā)動機內持續(xù)、穩(wěn)定地燃燒。
  在“獵鷹”計劃中,洛克希德•馬丁公司還專門實施了一項“獵鷹組合循環(huán)發(fā)動機技術”(FaCET)子計劃,通過地面試驗來驗證組合循環(huán)推進系統(tǒng)之間的匹配工作,主要包括兩種發(fā)動機工作狀態(tài)轉換、進氣道與超燃沖壓發(fā)動機之間的匹配、共享噴管及噴氣對飛行器氣動性能的影響等試驗。
 
  這項計劃的一個重要內容是驗證三元進氣道的性能。與X51A驗證機采用二元楔形進氣道來捕獲和壓縮進入發(fā)動機的氣流不同。“黑燕”將采用三元流線型進氣道,將氣流轉向推進系統(tǒng)的軸線,其優(yōu)點是具有較低的重量、較小的迎風面積和較高的壓力恢復性能,并能夠實現(xiàn)飛行器與發(fā)動機的一體化,從而獲得更有效的較高升阻比。
 
  然而,“黑燕”項目生不逢時,不到一年時間就因難以獲得足夠的研制經(jīng)費而被迫中止,也使得原本準備突破高速渦輪噴氣發(fā)動機技術的美好設想化為泡影。
 
  2007年9月,ADRPA與美國空軍簽署了諒解備忘錄,計劃在5~5年時間里共同承擔研制“黑燕”所需要大約8億美元經(jīng)費。2008年10月初,美國國會將DARPA為該項目提出的2009財年預算申請從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。結果,“黑燕”項目的預算從原計劃的1.3億美元驟然削減到1000萬美元,這對于HTV-3X驗證機的發(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”項目。
 
  “黑燕”項目浮出水面僅僅半年時間,尚未正式啟動就胎死腹中,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)略的調整,美國國防部對于高超聲速平臺的作戰(zhàn)需求卻與日俱增。
 
  因為許多國家都部署了更加嚴密的防空系統(tǒng),掌握了有關衛(wèi)星在軌道上運轉規(guī)律的關鍵技術,使目前美國廣泛采用的偵察衛(wèi)星、亞聲速偵察機和無人駕駛偵察機等多種措施,在拒止區(qū)域或對抗空域內面臨的潛在危險日益增加,因此,美國國防部的防務規(guī)劃人員逐漸意識到當前快速反應情報領域已經(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,為此出臺了著眼長遠的《高超聲速路線圖》,直接推動了洛克希德﹒馬丁公司自行投入巨額資金,力求攻克高超聲速平臺一直面臨的技術瓶頸。預計,SR-72項目主要用于填補當前美國國防部在情報偵察方面暴露出的空白,同時,武裝型高速ISR平臺還有能力在敵對目標躲藏起來之前,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可能都無法做到這一點。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偵察機的繼任者,但是沒有任何跡象顯示出取得了實質性進展,高昂的研制成本已經(jīng)使這一概念似乎無法變成現(xiàn)實。
 
  盡管“黑燕”項目無果而終,但臭鼬工廠在相關的概念設計工作中還是取得了幾項關鍵技術成就,只是一直秘而不宣。研制人員通過大量風洞試驗,優(yōu)化出一種飛機總體構型,能夠有效地實現(xiàn)起飛、加速,從亞聲速、超聲速、跨聲速到高超聲速整個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因公司(Aerojet Rocketdvne)長期合作,尋找到將渦輪噴氣發(fā)動機與超燃沖壓發(fā)動機整合為一體的方法,可以推動飛行器從靜止狀態(tài)加速到馬赫數(shù)6。無人機。
 
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標簽:??SR-72無人機
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