「乘波體飛行器」指的是什麼?

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據媒體報道,8月3日中國航天空氣動力技術研究院的“星空-2”號火箭順利成空,其搭載的國內首個高超音速乘波體飛行器在3萬米高空以馬赫數5.5-6的高超音速自主可控飛行了400秒以上,期間進行了彈道大機動轉彎機動,最後落入預定區域。這標誌著我國在高超音速飛行器研究上的一個重大進步。



乘波體(waverider)是高超音速飛行器設計的一種,通過在超音速飛行中把自身產生的激波形成升力面來改善超音速升阻比,這種現象也稱為壓縮升力。迄今為止,人類歷史上唯一研製過的乘波體有人駕駛飛機是XB-70“女武神”三馬赫超音速轟炸機。



該機在超音速飛行中,其水平對置斜切超音速進氣口前緣產生的激波會沿主三角翼下表面分布,在加上翼尖下垂能夠牢牢捕獲激波,因此整架飛機就好像騎在激波上飛行一樣。此時激波之後的高壓區都位於機翼下方,所以被免費轉化成了巨大的升力(也就是壓縮升力),極大提高了XB-70的超音速升阻比。目前超音速乘波體已經發展出尖脊翼、錐型流、吻切錐等多種設計,與XB-70相比更適合馬赫數6以上的高超音速飛行。



乘波體的武器化是目前各國研究的重點,乘波體的高超音速機動能力將使這種武器變得非常難以攔截,因此具有重要戰略意義。


飛豬漲姿勢


乘波體(waverider)是高超聲速飛機的一種設計,它可以提升超聲速升阻比,乘波體飛行時它的前緣線和激波面重合,就像騎在激波的波面上,依靠激波的壓力產生升力。8月3日,中國首款乘波體高超聲速飛行器“星空-2號”試驗成功,標誌著我國超高音速飛行器的研製取得新的突破。


圖、“星空2”號試射成功圖片

對於乘波體飛行器,美國走在了前列。1959年諾威勒首次提出乘波體的概念,他根據已知流場構造三維高超聲速飛行器的設想,用平面斜激波形成流場構建出一種具有“Λ”型橫截面的高超聲速飛行器。2003年初,美國空軍制訂了超燃衝壓發動機驗證機,也就是後來的“X-51A”乘波者計劃(SED-WR),並由波音公司製造機身,普惠生產發動機。X-51A的發動機使用吸熱型碳氫燃料,可以將飛行器的速度從4.5馬赫提升至6.5馬赫!

圖、X-51想象圖


X-51A成功與否,發動機(X-1)是關鍵。2006年12月至2007年7月,X-1在蘭利研究中心2.44高溫風洞進行密集試驗,內容涵蓋驗證發動機點火、JP-7燃料轉換、燃料閉環系統和X-51A所需流道性能和運行能力的驗證。在模擬Ma4.6、Ma5.0和Ma6.5條件下X-1共經歷40次地面試驗循環,總燃燒時間達1000秒。X-51A的前三次試飛均告失敗,僅2013年5月3日的最後一次測試中以5馬赫速度飛行。


圖、CASIC展示的另一種乘波體飛行器

我們在乘波體飛行器方面奮起直追,根據公開報道,“星空-2”由中國航天科技集團有限公司11研究院負責研製,整個試飛耗時10分鐘,並完成主動段轉彎、拋罩/級間分離、試飛器釋放自主飛行、彈道大機動轉彎等動作,按預定彈道進入落區。這次試飛的成功也標誌著我國乘波體飛行器的研製將進入一個階段,同時也對某些國際勢力具有強烈的震懾作用!


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