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印度成功试射高超声速飞行器 比东风17的水平如何

时间: 2020-09-09 17:40
导读  来源:兵工科技  据《印度斯坦时报》报道,印度于2020年9月7日成功在奥里萨邦巴拉索尔的阿卜杜尔·卡拉姆测试场进行“高超声速试验验证飞行器”(HSTVD)飞行测试,这标志着印度成为继美国、俄罗斯和中国之后...

  来源:兵工科技

  据《印度斯坦时报》报道,印度于2020年9月7日成功在奥里萨邦巴拉索尔的阿卜杜尔·卡拉姆测试场进行“高超声速试验验证飞行器”(HSTVD)飞行测试,这标志着印度成为继美国、俄罗斯和中国之后第四个开发并成功测试高超声速技术的国家。HSTVD的试飞成功,给近日民族主义情绪爆棚的印度国内打了一针“兴奋剂”,印度国内媒体纷纷报道声称HSTVD的试飞成功标志着印度已经距离拥有高超声速导弹仅有“咫尺之遥”;国外一些媒体也认为HSTVD的试飞成功“将为印度开发6倍音速导弹铺平道路”。那么,事实真是如此吗?印度高超声速试验飞行器成功试飞,距离高超声速导弹究竟还有多远?

  十年磨一剑

  近年来,高超声速技术在空间和导弹方面的应用潜力引发了印度的极大兴趣。印度在着力设计和建造运载器和卫星之外,规划了数个高超声速飞行计划,由印度最重要的国防科技研究组织——国防研究与发展组织DRDO负责牵头研究。

  由于高超声速空天飞机是一个由多个子系统组成的庞大系统工程,因此印度的空天飞机研究计划包括太空舱回收试验(SRE)、可重复使用运载器(RLV)、超燃冲压发动机开发和高超声速技术验证器HSTDV。其中,HSTDV项目作为高超声速技术的核心部分,被倾注了最大的力量和心血。

  HSTDV高超声速项目的目的,是通过研制技术验证机并进行试验飞行,对无人驾驶、自主飞行模式下的飞行器性能进行验证。除了对超燃冲压发动机的设计和性能进行重点验证之外,HSTDV项目还将对高马赫数飞行时的气动性能、气动热设计、材料和热防护技术进行广泛的验证与研究。

  由于印度在航空航天技术上的积累相对美、俄等航空航天大国而言较为薄弱,因此在HSTDV项目上印度人进行了广泛的国际合作和技术引进,例如以色列IAI公司和英国克兰菲尔德大学对印度高超声速技术验证器计划提供了部分援助,其中包括风洞试验。此外,印度还与在空天高超声速飞行器上拥有雄厚实力和丰富经验的俄罗斯在高超声速技术研究上展开长期合作,由俄罗斯在超燃冲压发动机研制和耐高温材料上为HSTDV提供直接支持,包括从俄罗斯进口部分核心部件。

印度成功试射高超声速飞行器 比东风17的水平如何

  采用乘波体典型设计布局的HSTDV高超声速飞行器技术验证机

  印度曾于2007年2月在班加罗尔举行的印度航空航天展览会上展出过高超声速技术验证机HSTDV的模型,项目研究人员曾表示该机可能会在2008年进行飞行试验,但之后多年并未见到任何该机已经试飞的公开报道,直到2019年6月12日,HSTDV终于“十年磨一剑”实现首飞,但由于作为试验飞行器助推级的“烈火”-1在发射后出现了故障,未能将飞行器加速到预定的试验高度和速度,由于飞行器飞行速度不到6马赫,达不到印度国产超燃冲压发动机的起动条件边界,因此发动机未启动,并未实现高超声速试验飞行任务。

  时隔一年之后,DRDO的科研人员们卷土重来,这次HSTDV终于一飞冲天,不仅达到了6马赫的试验速度,而且超燃冲压发动机也成功起动并持续工作20余秒。

  “弯道超车”,技术难度不小

  根据印度方面公开报道,当日11时03分,“烈火”导弹将HSTVD推升至30千米的高度后与HSTVD分离。随后,超燃冲压发动机成功点火并持续工作20秒钟以上,HSTVD的速度达到6马赫。

  首先,印度高超声速飞行器试验试飞起点很高,技术难度较大。必须指出印度HSTVD试验飞行器在第一次飞行试验时就没有像其他国家进行早期飞行试验那样采用无动力滑翔的试验方式,而是在试验飞行器上直接携带了超燃冲压发动机,由火箭作为助推级将试验飞行器打到30千米高空,具备较高的速度和动能后,达到了超燃冲压发动机的起动边际条件,超燃冲压发动机顺利实现起动。这点其实是很不容易的,因为除了火箭助推级分离时机要恰当,高度和速度条件要达标外,试验飞行器在分离时的姿态控制也要非常精准,HSTVD试验飞行器采用乘波体布局,这种布局的特点是对飞行器姿态控制要求极高,一旦侧滑角、迎角等超出要求,飞行器姿态控制不稳,超燃冲压发动机就难以达到进气工作起动条件。美国X-51A在飞行试验中就曾因控制问题导致超燃冲压发动机起动失败,进而导致试飞失败。印度DRDO在2019年的首飞失败后,第二次试飞仍然坚持直接上超燃冲压发动机进行有动力试飞,体现出了非凡的勇气,实际上也达到了“弯道超车”的目的,虽然计划激进,但第二次试飞至少达到了试验目标。

印度成功试射高超声速飞行器 比东风17的水平如何

  X-51A高超声速导弹技术验证机在试验中其超燃冲压发动机仅工作120秒,在技术上尚不成熟

  其次,印度高超声速飞行器目前属于典型的第一代高超声速技术,其热防护技术、飞行控制技术、发动机技术得到了一定验证。从印度科学家透露的“承受2500度高温”以及“飞行速度达到6马赫”来看,应该说HSTVD试验飞行器达到了典型第一代高超声速飞行器的技术标准。我们一般将5马赫作为一个门槛,跨过这个门槛就达到了第一代高超声速飞行器技术水平。目前在战术级别的乘波体布局高超声速飞行器领域,美国、中国、俄罗斯此前都成功实现和达到了这个门槛,印度可以说是成功获得了进入这个“世界高超声速技术俱乐部”的许可证。

  超燃冲压发动机水平如何?

  根据印度方面此前公布的资料来看,HSTDV采用的是碳氢燃料(如航空煤油)的超燃冲压发动机,碳氢燃料通过一系列交错的喷射杆喷入燃烧室,以保证其能在高速进气中充分燃烧。HSTDV设计的全尺寸超燃冲压燃烧室在其国产HST4激波风洞中已经进行了试验。设计的超燃冲压发动机燃烧室长度为1.8米,矩形截面,靠近进气道一端为10厘米×23厘米,出口端为25厘米×23厘米,发动机内表面用铌合金材料,外表面采用镍铬钛合金材料。此前,印度DRDO已经对国产超燃冲压发动机进行了较长时间的试车,对燃烧室燃烧情况、进气压力、耐热材料等技术难点进行广泛而系统的试验和验证。应该说,HSTDV的发动机选择的燃料与X-51A基本类似(后者采用JP7航空煤油)。

  如果论空中工作时间,20多秒的工作时间,究竟算什么样的水平呢?我们可以对比一下美俄两个超燃冲压发动机技术领先的大国。美国著名的X-51A技术验证机,超燃冲压发动机在空中工作时间的纪录是210秒(原本计划工作时长为300秒)。而俄罗斯格罗莫夫试飞院的GLL-31试验飞行器,在上世纪末的飞行试验中就已经做到了超燃冲压发动机持续工作50秒。也就是说,印度这次HSTDV超燃冲压发动机的试验水平,大概达到了俄罗斯和美国在上世纪90年代初的水平。距离俄、美现在所代表的世界最高水平,还有很远的距离。         

  离高超声速导弹还有多远?离高超声速导弹还有多远? 

  HSTDV试验飞行器首飞一成功,一向超级自信的印度人就开始展望本国高超声速导弹武器的研制甚至列装了。那么,从乘波体试验飞行器到高超声速导弹究竟有多远?

  首先,乘波体飞行器技术经美国、俄罗斯和中国等多方试验,在飞行中暴露出了姿态控制难度大,超燃冲压发动机进气条件恶劣,难以正常起动的问题,这个问题目前没有得到很好的解决。这使得乘波体布局用于战术级别的高超声速导弹武器遇到了很大障碍。目前无论美国、中国还是俄罗斯,都没有乘波体布局的战术导弹项目研制成功或在研。只有俄罗斯和中国,将乘波体布局导弹与弹道导弹结合,形成了“用弹道导弹的固体火箭发动机发射和运载乘波体高超声速弹头”的组合,算是暂时巧妙规避了这一技术难题,使得高超声速导弹得以投入实用。而目前美俄等国在研的战术级别高超声速导弹,全部都抛弃了乘波体布局,转而采用传统的双锥体或旋成体布局。

印度成功试射高超声速飞行器 比东风17的水平如何

  HSTDV飞行器的总体气动布局设计、飞行控制系统和耐高温材料等技术都有待验证

  由此看来,印度高超声速试验飞行器飞行试验成了,并不意味着就能顺势利用该技术展开乘波体高超声速导弹的研制。毕竟美俄等老牌强国都没有走通这条路。而如果印度要采用弹道导弹+乘波体弹头的方案,其弹道导弹在技术水平和可靠性上远不如中俄同类导弹。2019年“烈火”-1导弹发射HSTDV试验飞行器失败就是前车之鉴。以“烈火”系列导弹近年来的发射纪录来看,成功率也是明显偏低。至于双锥体或旋成体布局的高超声速导弹,其技术路线与HSTDV这样的乘波体布局方案就有明显不同。HSTDV的成功,对于研制这种类型导弹帮助并不大。

  由此看来,HSTDV试验飞行器首飞成功,距离研制高超声速导弹,要走的路还很漫长遥远。而且,即便要以HSTDV试验飞行器为基础,研制类似X-51A那样的乘波体布局战术级别高超声速导弹,印度的超燃冲压发动机工作时间还显得太短,距离美俄差了20年以上的水平。同时,印度对乘波体布局的研究还需要进一步深入,毕竟无论是美国、俄罗斯还是中国,对乘波体布局飞行器展开的试验远不是一次两次,印度想通过两次试验就“一步登天”,绝对是难上加难。


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