自 21 世纪初以来,美国一直积极发展高超音速武器(飞行速度至少为 5 马赫的机动武器),将其作为常规全球快速打击计划的一部分。近年来,美国将这种努力集中在开发高超音速滑翔飞行器(从火箭发射,然后滑翔到目标)和高超音速巡航导弹(飞行过程中由高速吸气式发动机提供动力)。正如前参谋长联席会议副主席、前美国战略司令部司令约翰·海顿将军所说,这些武器可以“在其他部队无法使用、被拒绝进入或不受欢迎的情况下,对远距离、有防御和/或时间紧迫的威胁 [如公路机动导弹] 进行反应灵敏的远程打击”。另一方面,批评者认为,高超音速武器缺乏明确的任务要求,对美国军事能力贡献不大,而且对威慑没有必要。
中国、俄罗斯和美国在高超音速飞行器技术军事化方面的竞争日趋激烈。其他几个国家也在积极发展这项技术。当今的高超音速武器计划似乎是由技术发展而非特定军事目标推动的。这就形成了一种动态,即一个国家的发展会带动其他国家效仿,即使正在开发的系统的军事应用尚未得到明确理解。所有迹象表明,不同计划之间的这种强化效应将持续下去。围绕这些计划的保密性也助长了人们对威胁的夸大认知,从而引发了军备竞赛。
摘要:质量注入热防护是一种高效、主动的热防护技术,它通过向流场中注入储存的冷却剂来冷却结构,冷却剂在吸收热量的同时,还对流场结构产生影响,起到隔热作用。质量注入方法可用于高热流密度、长时间飞行的工况,是高超声速飞行器最有潜力的冷却技术之一。蒸发、薄膜冷却和对冲喷射是高超声速飞行器热防护的典型质量注入技术。本文介绍了3种典型的质量注入技术的冷却机理,比较了3种技术的注入方式、流场特点和冷却效率,分析了3种技术在飞行器上应用的不足,并针对每种不足推荐了几种质量注入技术的组合方案。最后,对质量注入技术的进一步发展提出了3点展望。未来应重点发展大体积注入热防护技术的流体-热-结构耦合方法、注入结构设计与优化以及热防护系统效能评估等。
摘要:质量注入热防护是一种高效、主动的热防护技术,它通过向流场中注入储存的冷却剂来冷却结构,冷却剂在吸收热量的同时,还对流场结构产生影响,起到隔热作用。质量注入方式可用于高热流密度、长时间飞行的工况,是高超声速飞行器最有潜力的冷却技术之一。蒸发、薄膜冷却和对冲喷射是高超声速飞行器热防护的典型质量注入技术。本文介绍了3种典型的质量注入技术的冷却机理,比较了3种技术的注入方式、流场特点和冷却效率,分析了3种技术在飞行器上应用的不足,并针对每种不足推荐了几种质量注入技术的组合方案。最后,对质量注入技术的进一步发展提出了3点展望。未来应发展大体积注入热防护技术的流体-热-结构耦合方法、注入结构设计与优化以及热防护系统效能评估等。
AOA,攻角;AVUM,姿态与游标上模块;BC,弹道系数,定义为质量/(阻力系数*参考面),kg/m 2 ;CAD,计算机辅助设计;CGG,冷气发生器;COG,重心;D&L,下降和着陆;ESA,欧洲航天局;F-TPS,柔性热防护系统;FEM,有限元模型;FS,前护盾;GNC,制导导航与控制;H2020,“地平线 2020”是实施创新联盟的金融工具,该联盟是欧洲 2020 的旗舰计划,旨在确保欧洲的全球竞争力;HIAD,高超音速充气式气动减速器;IAD,充气式气动减速器;IOD,在轨演示器;IXV,中型实验飞行器(再入演示器);MAR,空中回收;MOLA,火星轨道器激光高度计; NASA,美国国家航空航天局;SRP,超音速反向推进;SSO,太阳同步轨道;TPS,热防护系统;TRL,技术就绪水平;ULA,联合发射联盟;VEGA,欧洲先进一代火箭矢量简介
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拉里·M·沃泽尔博士拥有 32 年的杰出军事生涯,于 1999 年以陆军上校身份退役。他毕业于美国陆军战争学院,在佐治亚州哥伦布学院获得学士学位,在夏威夷大学获得硕士和博士学位。他在军事领域的最后一个职位是美国陆军战争学院战略研究所所长。他目前是美国外交政策委员会亚洲安全高级研究员。在海军陆战队服役三年并上过大学后,沃泽尔博士于 1970 年开始职业生涯,担任美国陆军安全局中士,负责评估中国的政治和军事事件,并在越南战争期间收集有关中国在老挝和越南军事活动的通讯情报。在步兵军官候选学校、游骑兵和空降训练之后,他担任了四年的步兵军官。 1977 年,他重返军事情报部门。在印度太平洋战区,他曾在第 27 海军陆战队第 3 营、泰国第 7 无线电研究野外站、韩国第 9 步兵团第 1 营、美国太平洋司令部服役,并曾驻新加坡国防武官处任职,并曾两次担任美国驻华大使馆武官。退役后,沃泽尔博士曾担任亚洲研究中心主任,后担任美国传统基金会副总裁。2001 年 11 月至 2020 年 12 月期间,他担任国会任命的中美经济与安全审查委员会委员。
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俄罗斯和中国都声称已经部署了高超音速打击导弹,以对抗美国正在发展的弹道导弹防御能力。俄罗斯表示,其 Avangard 高超音速滑翔飞行器据称具有核能力,射程为 6,000 公里,现已与空射的 Kinzhal 弹道导弹一起投入使用。据信俄罗斯还在开发 Zircon 高超音速巡航导弹、GZUR 制导导弹和苏霍伊 Su-57 飞机的空射武器。中国在 2019 年的阅兵式上展示了其 DF-17 高超音速滑翔飞行器,但目前尚不清楚该导弹是原型还是已经服役。美国声称中国也在测试一种具有洲际射程的高超音速滑翔飞行器,并开发了一种可以装备高超音速武器的弹道导弹。5