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51A超燃冲压发动机结束地面试验,51A高超音速飞行器进行第二次试飞失败

美国空军有关官员称,采用X-51A超燃冲压发动机作为动力的航空飞行器在26日在加利福尼亚南部海面的飞行试验表明美国在航空领域的发展又开创了新局面。

[据美国《航空周刊与空间技术》网站2008年11月3日报道] 五年前在加利福尼亚外的太平洋空域,X-43A Hyper-X飞行器使用超然冲压发动机以马赫数9.6飞行了10秒钟。而从现在往后的一年内,X-51A“乘波者”将计划用超燃冲压发动机飞行5分钟,从马赫数4.7加速到超过马赫数6,并验证持续的高超音速飞行是可行的,可能使得高超音速飞行向现实又迈进了一步。

图片 1   波音公司的X-51A“御波者”高超音速飞行器在6月13日在太平洋上空进行了第二次超音速研究试验,但因试验中发动机进气口未激活,试验没有完全成功。

  近日,关于中国新型高速飞行器试飞的消息在中国互联网上广泛传播,这被广泛解读为中国试验新型高超音速飞行器。不过,关于这则消息,外界的看法分成两派。有分析认为,这标志着中国在高超音速飞行器领域“已经超过美国”,至少达到世界先进水平。也有评论认为,中国目前不太可能试飞类似美国X-51A那样的高超音速飞行器,该试验飞行器可能是用于测试部分高超音速飞行器技术的验证飞行器。

美空军X-51项目经理Charlie Brink说:“我们在发动机技术领域的这一技术进步堪比二战后从涡轮螺旋桨飞机向喷气式动力飞机的技术跨越。”

X-43A采用以氢作为燃料的笨重铜制发动机,通过简单的吸收超音速燃烧所产生的热量并在数秒钟内开始熔化,仅是证明了超燃冲压动力飞行是可行的。X-51A将采用一个适合飞行的轻质发动机,采用自身的碳氢燃料进行冷却,并设计能够运行与耗完油箱中装满的JP-7燃料同样长的时间。

  环球网记者谭利娅报道,据美国《航空周刊》6月15日报道,波音公司的X-51A“御波者”高超音速飞行器在6月13日在太平洋上空进行了第二次超音速研究试验,但因试验中发动机进气口未激活,试验没有完全成功。目前美国空军与X-51A工业小组成员正在进行数据分析以确定原因。

  某“跨代飞行器”首飞

加利福尼亚爱德华兹空军基地第412飞行试验中队指挥Brig. Gen. William Thornton称:本次试验的成功,使高超音速武器快速实施全球打击、高超音速航空运输成为可能,并且将来还可能降低人们去太空的成本。

波音的X-51A和普·惠火箭发动机部的超燃冲压发动机的源头可以追溯到20年前的X-30“国家宇航飞机”,制造一个马赫数30的单级入轨技术验证的雄心勃勃但却并未成功的一次尝试。X-51A的目标则更加适中,但可以直接用于高超音速远程攻击导弹的研发。这也将可能是接近最终的吸气式太空进入飞行器的重要一步。

  据报道,在试验中当X-51A从B-52H飞机上脱离出去时,它的马赫数成功增加到5以上,并且超燃冲压喷射器靠乙烯实现点火,但是它并未借碳氢化合物而加速到全动力。美国空军研究实验室表示,飞行器在试验中“尝试向JP7燃料运行转换,但这时遭遇发动机进气口未激活的问题”。美空军研究实验室表示,在出现该问题后,“这架超燃冲压喷射器尝试重新启动,并尝试调整到发动起最佳起动状态,但是并未成功。飞行器随后继续朝受控飞行方向前进,最后飞入试验范围内的海洋区域”。

  据国内网站援引中国航空新闻网的报道称,近日,我国某试飞试验基地,在发动机的轰鸣声中,某型机交付试飞中心后的首次试验飞行拉开序幕。伴随着飞机的滑跑、起飞、离地,渐行渐远消失在天际……

本次成功飞行是美国空军、波音公司、普·惠公司该项目联合团队六年来取得的最新成就。按计划安排,今年秋季将有三次以上X-51飞行实验。

美国空军研究实验室项目经理Charles Brink表示:“X-51A将在计划中验证准备进入实用的技术。”AFRL为价值2.46亿美元的合同出资3/4,其余部分由美国国防高级研究计划局提供。

  据报道,X-51A第二次试验是期望实现马赫数5的超音速临界值。对它进行的上一次试验是在2010年5月进行的,当时的目标是以马赫数6飞行,但实际只达到4.88,并未达到目标。    据报道,波音公司已制作4架X-51A“乘波者”飞行器,第三架计划在2011年秋季进行飞行试验。

  文章称,这是某型机转入试飞中心后的首次飞行,该型飞机任务剖面特殊、飞行方式独特,飞行速度和高度更是远超试飞中心成立以来所有其他试飞机型,其试飞任务难度大,准备时间短。

PWR刚刚在NASA兰利研究中心的高温风洞中完成飞行许可发动机的地面试验,确保X-51A与改进的发射助推器分离后,即使马赫数和动压与计划的不符,超燃冲压发动机也能够顺利起动。简称为“X-2”的SJX61-2发动机已经完成8次马赫数4.6和11次马赫数5的运行,总时间为11.4分钟,为预期飞行时间的2倍左右。

  报道称,本次飞行任务中,试飞方案设计、任务规划、任务指挥等多项重要职责主要由试飞团队中飞机专业人员负责。文章还称这是一种“跨代式的飞行器”。报道称, 起飞数小时后,航线任务完成。一架深色飞机,从深邃的天空中大角度俯冲接近,潇洒地完成拉平,轻盈平飘至机场跑道,整个过程犹如利剑还鞘般准确潇洒。文章称,“此次试飞实现了试飞中心在高超音速试飞领域的突破,标志试飞中心在该型机试飞技术领域内更加成熟。”

这些试验解除了超燃冲压发动机的“起动限制”,显示了发动机在非设计条件下的操控裕度。Brink表示:“发动机具备在整个包线内可重复的相当富裕的点火能力。我们试验了高Q、低Q、不同的攻角、冷乙烯和热乙烯等各种非正常情况,并得到了非常可靠的点火能力。”

  跨代飞行器为何物?

易燃的乙烯通常被用于起动燃烧室并开始加热碳氢燃料以使其在喷入超音速来流后更容易燃烧。X-2是使用计划用于X-51A的飞行用乙烯瓶和燃料泵进行试验的首台发动机。

  由于中国航空新闻网的文章提到该飞行器的飞行速度和高度“远超试飞中心成立以来的其他试飞机型”,而且实现了“试飞中心在高超音速试飞领域的突破”。因此,该飞行器被媒体广泛认为是一种高超音速飞行器。据专家介绍,高超音速飞行器是指飞行速度超过5马赫的飞行器。近些年研制的新型高超音速飞行器大致可分为两类:一类是助推滑翔型,由火箭送到大气层边缘释放,然后高超音速飞行器进行无动力滑翔,并可以进行大幅度机动。之前,中国军方曾宣布进行成功试验的便是这种高超音速飞行器。第二类是依靠超燃冲压发动机或者组合发动机的高超音速飞行器,例如美国的X-51A高超音速飞行器以及在研的SR-72。一般认为,第二类高超音速飞行器的研制难度远超第一类,特别是超燃冲压发动机的研制更是难上加难。迄今为止,最成功的试验便是美国X-51A的试飞,其可控飞行也只维持了数十秒。不过这名专家指出,一些传统导弹,也能达到高超音速的速度范围,例如美国“爱国者”、俄罗斯的S-300防空导弹的最大飞行速度均超过5马赫。利用传统的火箭,也能将一些验证用的飞行器加速度到高超音速范畴。

当试验动压和流量高于正常值时,控制系统给出了比软件允许值更高的油气比,然后发动机在试验中途关机。Brink表示:“我们很高兴对非设计状态进行了试验,否则可能在飞行中给我们带来很大麻烦。”

  从中国航空新闻网报道的情况看,这种飞行器应该不是助推滑翔型飞行器,因为这几乎不需要试飞员。那么,很可能就是依靠动力装置自主飞行的高超音速飞行器。

X-2的操作性和性能达到了预期,PWR高超音速项目主管Curtis Berger表示:“它达到了我们的预期,不过我们的模型还会更加成熟。这是第四个在自由飞试验中采用燃料冷却的轻质量超燃冲压发动机。”从2003年起这四台发动机共累积进行了161次飞行,速度在马赫数4.5到6.5之间。

  中国高超音速飞行器超美国?

  有媒体分析认为,在中航工业庆安发动机组多型产品方案评审攻关的相关事迹报道中,一种所谓“串联式涡轮冲压组合发动机”首次出现,并确认这种新研发动机将“为某飞机配套”。文章分析认为,该飞机就是此型高超音速验证机。该文章认为,从对飞行器的描述中可以看出,我国新型高超音速验证机或与美国的SR-71“黑鸟”战略侦察机大体类似,而其飞行速度显然已超过此前创下速度纪录的SR-71战略侦察机。

  一名不愿透露姓名的军事专家认为,从任务时长来看,此机很可能被用于战略侦察。但尚不能确认试飞员是否登机试飞。如果该型高超音速验证机确实为有人机,那么该机将超过“黑鸟”战略侦察机,成为世界上最快的有人飞机。如果其为无人机,那么我国新型高超音速验证机也将达到世界先进水平。

  不过,也有分析认为,报道中提到“起飞数小时后,航线任务完成”。任何一种飞行器的首飞,即便是在试飞中心首飞,都不会耗时那么长。因此,起飞数小时,很可能是指挂载该飞行器的平台,据此推测,该飞行器是一种高速无人机,或者高速验证机。中国不太可能立刻研制出一种体形类似SR-71的高超音速飞行器。如果综合考虑飞行器可能挂载在轰-6或者运-8运输机上的外挂架或者外挂点上,那么该飞行器重量可能最多1-2吨重。

  更有专家表示,中国目前还无法研制出类似美国X-51A采用的超燃冲压发动机。串联式涡轮冲压组合发动机也无法实现高超音速飞行。中国可以利用火箭发动机将飞行器加速到高超音速,以验证相关技术。专家指出,该文从始至终均未提该飞行器为高超音速飞行器,只是说“实现了试飞中心在高超音速试飞领域的突破”,这表明这次试飞,主要是验证一些高超音速飞行器的相关技术,该飞行器本身未必具有持续的高超音速飞行能力。

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