临近空间飞行器发展概况.docx

临近空间飞行器发展概况摘要：文章以美国国会预算审查报告、公开报道与技术分析报告为依据综合各类信息从相关技术发展水平与同类技术分析等方面对临近空间飞行器的发展进行介绍力求提供对临近空间高超声速飞行器的全面分析报告。关键词：临近空间；高超声速；飞行器中图分类号：E917文献标识码：A文章编号：1009-2374（2013）19-0027-031概述近年来以美国为主的世界航天大国对临近空间的关注逐渐升温临近空间飞行器设计研制中的关键技术超燃冲压发动机技术、乘波体结构设计技术、耐高温材料制造技术均取得了较大进展这为进一步开展实用性临近空间飞行器的研制铺平了道路。因此美国、俄罗斯、欧洲各国及以色列等具有雄厚工业基础的国家均积极地参与到临近空间飞行器相关技术的研究之中其中美国投入的经费最多取得的成果也最大并持续性地进行了一系列相关的验证试验。临近空间（NearSpace）又称“近空间”、“近地空间”或“空天过渡区”等。临近空间通常是指20～100km的高空低于20km的空域是传统航空器的主要运行空间高于100km的空域是航天器的运行空间。由于临近空间的大器密度稀薄常规的飞行器无法到达这一高度。因此临近空间便成了相对对立的“真空”层。临近空间飞行器（NearSpaceVehicle）是指可在临近空间长期飞行的大气飞行器目前应用较多的分类方法有两种：一是按照临近空间飞行器产生升力的原理分为轻于空气的临近空间飞行器和重于空气的临近空间飞行器：二是按照飞行速度分为低速临近空间飞行器和高速临近空间飞行器。由于轻于大气的、低速的临近空间飞行器的发展前景尚不明确且其本身不能为未来飞行器的发展带来革命性的变化因此本文重点介绍飞行器本身重于空气而采用超高速飞行以获得升力的高速/超高速临近空间飞行器。2临近空间高超声速飞行器主要进展20世纪50年代初美国人费里提出超声速燃烧理论20世纪50年代到90年代中期美国先后开展了SCRAM、HREP、ASALM、NASP等多项高超声速研究计划企图一步到位跨过单一技术的演示验证直接研制高超声速飞行器。但这一发展计划没有充分认识到超声速超燃烧理论在工程应用中的巨大难度因而研制计划遭遇了空前的失败。曾有专家形象地将实现该理论的超燃冲压发动机的工作环境比喻为“在12级台风中点燃一根火柴”可见其工程化工作的艰巨性。在认识到这一问题后美国逐步调整了其研制计划使各项技术得以在不同的阶段进行验证这一措施使临近空间飞行器的研究进入了稳步发展的阶段。2.1FALCON计划FALCON（“猎鹰”）计划原打算研制3种高超声速飞行器即HTV-1、HTV-2、HTV-3X其中HTV-1用于验证CAV的技术HTV-2用于验证ECAV的技术。HTV-3X（“黑燕”）飞行器是一种可从传统跑道上起飞、以马赫数为6的速度巡航、飞回并在跑道上着陆的试验机用于验证HCV的技术。2008年9月由于国会将HTV-3X项目的经费预算大幅度削减DARPA决定暂停“黑燕”项目。2010年4月22日HTV-2由美国运载火箭“米诺陶-4”从位于加州的范登堡空军基地8号发射台发射执行首次亚轨道飞行任务。2.2高超声速飞行（HyFly）计划以高超声速导弹为背景的高超声速飞行（HyFly）计划2002年2月由美国DAEPA和ONR联合建立目标是发展Ma=6的高超声速巡航导弹。2.3高超声速技术（HyTech）计划美国空军的HyTech计划其近期目标是将碳氢绕聊双模态超燃冲压发动机应用于Ma=4～8的高超声速导弹远期目标是研制Ma=8～10的高超声速飞行器。2.4X-51A计划X-51A（高超声速巡航导弹演示验证项目）是由美国空军和DARPA联合执行的高超声速巡航导弹演示验证项目。3典型临近空间高超声速飞行器分析3.1X-51AX-51A项目是从美空军研究实验室“超燃冲压发动机验证机―驭波者”计划逐渐发展而来的X-51A飞行器最大的特点就是采用先进的乘波体结构这一结构可以利用飞行器进行超声速飞行时机体前缘与空气挤压产生的激波产生巨大的升力使飞行器能够在稀薄的临近空间大气层中持续飞行这一现象就如同在海上程浪潜行的冲浪者一样。根据已公开的资料X-51A验证机的长度为4.26m采用标准的镍合金制造空重约635kg。为其提供能量的超燃冲压发动机可以依靠自身装载的固体火箭燃料连续提供200秒以上的强大推力。在目前已经开展的试验中X-51A计划由大型B-52轰炸机携带并爬升到12000m的高空后释放其后由助推火箭将其加速至超声速状态并继续上