最近，《新聞聯播》節目報道了航天科技集團11院的“星空2號”乘波體飛行器試飛新聞。
這是我國首次公布高超聲速飛行器近距離拍攝的畫麵。
星空2號發射圖片
一時間，網上出現兩種聲音。一種當然是我們熟悉的“厲害了，我的國”式的文章，恨不得把“星空2號”說成是我國所有高超聲速技術的集大成者。
另一種，則是“唱衰”——在一篇有代表性的文章中，聲稱“美國8年前就發射過X-51飛行器，名字就叫‘乘波者’，所以中國在這方麵遠遠落後美國”……
一篇被迅速刪除的“唱衰”文章，但其中觀點很有迷惑性
之前筆者寫了篇微信公號，批評了第一種觀點。
大致來說是這樣：“星空2號”隻是我國諸多高超聲速試驗飛行器中，第一個被大尺度公開的罷了。它的許多性能是不如目前已經接近進入實用階段的飛行器的。而目，前我國也有大量與之類似的新型飛行器陸續要進行試驗。無視這些，把所有和“高超聲速”有關的概念都往“星空2號”上套，這很不實事求是。
當然，這不意味著“星空2號”就完全是一種“落後”的飛行器，雖然它的助推器係統是用成熟係統改進而來，但這個飛行器本身，還是有大量尚處在試驗階段的“黑科技”的。事實上，筆者認為，它應該是“第二代高超聲速飛行器”預研階段的試驗彈之一，後文我們再來說這些。
至於第二種“唱衰論”說法， 由於我國網絡管理部門的積極行動，目前已經隻有在港台的一些媒體上還能看到殘餘了。這種說法其實頗具迷惑性，但其實也不值一駁，因為它其實就是個文字遊戲。
“我國第一種乘波體”是落後了嗎？恰恰相反……
首先我們要知道，“星空2號”按照國際學術界一般使用的“乘波體”概念的話，可不能算是我國第一種“乘波體飛行器”。
按照一般概念，“乘波體”就是利用激波產生升力的飛行器。就所有的前緣都具有附體激波的超音速或高超音速的飛行器。通俗的講，乘波體飛行時其前緣平麵與激波的上表麵重合，就像騎在激波的波麵上，依靠激波的壓力產生升力，所以叫乘波體(Waverider)。
當然，這個“乘波體”概念是有一點過於寬泛了，子彈、炮彈在特定飛行狀態下都可以算是“乘波體”了，意義不大。
XB-70轟炸機按照某種意義就可以算是乘波體飛行器
所以一般來說，隻有在飛行器設計階段就考慮了主動設計激波模式，並利用它達到設計目的的飛行器，才能叫做乘波體。
在“維基百科”裏提到，按照這一概念，美國XB-70戰略轟炸機原型機就可以算是“乘波體”，因為它的機翼可以向下折疊，捕捉三倍聲速飛行時產生的激波，來增加升力。
那麽，按照這個概念的話，航天飛機和大部分采用“彈道拉起”技術的導彈再入器，也都可以算是“乘波體”了，因為它們都在再入的時候利用激波產生了升力。
這麽說來，至少早在21世紀初，由西工大主持開發的“神龍”飛行器就已經算是“乘波體”了。而采用雙錐體彈頭設計的“東風-15B”導彈的再入器，更毫無疑問，也是“乘波體”了。
那麽“星空2號”又為何被稱為中國第一種“乘波體”飛行器呢？
筆者理解吧，這是研製“星空2號”的航天科技集團，給“乘波體”重新下了定義。
美國的航天飛機和西工大“神龍”也一樣都運用了乘波體設計
在2017年發表於《空氣動力學報》的文章《基於激波裝配法的乘波體設計與分析》中，這麽說：
乘波體設計是當前國際上高超聲速飛行器氣動布局研究的重點和熱點之一。乘波體構型在設計狀態將激波附著於下表麵前緣，阻止了氣流泄露，具有很高的升阻比。升阻比是反應高超聲速飛行器氣動特性非常重要的一個參數，升阻比很大程度上決定了高超聲速飛行器能夠實現哪一種飛行軌道。對於滑翔式和巡航式高超聲速飛行器的氣動設計，升阻比往往是非常重要的一個技術指標，因為升阻比直接關係到飛行器能夠達到的航程、橫向機動能力等關鍵戰技術指標。因此，乘波體往往被選擇為高超聲速飛行器氣動布局的基礎構型。
傳統設計的乘波體一般下底麵內凹，以捕捉氣流
NASA的X-43A乘波體飛行器，乘波體因為下方壓力高， 所以很適合作為超燃衝壓發動機布置進氣道
本文定義生成激波流場的外形為“導波體”，與在流場中追蹤流線得到的外形“乘波體”相對應。傳統的乘波體設計方法均可以據此定義導波體，例如……導波體也可以認為是錐體的一種。基準流場對乘波體的性能有著根本性的影響，選擇導波體就是選擇基準流場，是乘波體設計過程的重要環節，也是保證乘波體滿足氣動、載荷等設計要求的基礎。
根據《科技日報》的報道，“作為十一院開展的創新研發項目，星空-2火箭飛行試驗任務是在集團公司的支持下，曆時三年，成功自主研製的國內首款乘波體氣動布局的高超聲速試驗飛行器。”
國內在乘波體飛行器方麵研究其實不少，也有采用乘波體設計的高超飛行器實際案例
采用新設計方法設計的乘波體，容積率比此前的乘波體明顯增加
航天科技集團“激波裝配法”設計與傳統“激波捕捉法”的區別示意圖
從時間上來看，航天科技提出乘波體新設計概念的時間和星空2實驗任務開始的時間相當吻合。也就是說，在航天科技集團的概念中，運用了這種新的設計方法設計出來的乘波體，才是他們定義中的“乘波體”。
換言之，“星空2號”的所謂“中國第一種乘波體”實際上應該是“第一種按照航天科技集團11院提出的新設計方法，設計的第一種乘波體飛行器”……
按照這個標準，“星空2號”也完全可以說是“世界上第一種乘波體”了……
論文中提出的新一代乘波體設計示意圖，可見其外形更適合容納大尺寸的彈頭
或許是為了方便在宣傳的時候抓人眼球，在《科技日報》和中央電視台的報道中，這就成了“中國第一種乘波體”。
航天科技集團氣動研究院是我國研究高超聲速飛行方麵最具實力的單位之一，擁有大型高超聲速風洞等研究設施。之前筆者在寫微信公號文章的時候，光想起“彩虹”無人機是他們研製的，有點以偏概全了。
11院在高超聲速技術方麵的研究也是國內第一集團的，圖為其擁有的FD-7高超聲速風洞
……如果11院哪天告訴你他們開發出了高超聲速變形戰鬥機，別驚訝……
這個“特種進氣道”是幹嘛的就不用我廢話了吧？
（以上3圖來源：中國航天空氣動力技術研究院官方網站）
運用這種新的設計方法，航天科技集團得以設計出比運用傳統理論設計的乘波體飛行器具有更大內部容積，升阻比更高，也就是說載荷、橫向機動能力、航程等重要指標都更強大的飛行器。
也正是因為這個原因，“星空2號”可以說是中國開始發展第二代高超聲速滑翔器的標誌。
是的，你沒看錯，在美俄正在努力開發高超聲速飛行器的時候，中國不僅即將把這種東西投入實用，而且通過公布“星空2號”的方式，宣布已經開始研製“第二代”了。
“星空2號”上測試的“第二代高超聲速飛行器”技術有哪些？
我們知道，此前外媒報道中提到的，中國WU-14（也有稱DF-ZF）飛行器采用大型助推火箭發射。結合此前“光華獎”的報獎文件，它的飛行速度可以達到“洲際速域”，也就是20馬赫左右。根據西方報道，這種飛行器具有很強的橫向機動能力，這表明它很可能已經運用了乘波體設計原理。
結合關於重新定義“乘波體”的論文算例看，WU-14的彈體是傳統的“扁平”設計，這也和目前大部分乘波體設計類似，其內部容積率有限是比較嚴重的缺點，對於導彈來說，就是隻能容納“狹長”形狀的戰鬥部，不利於提高威力。
但如果運用了新的計算方法，航天科技集團將有能力研製具備同樣、或者更高飛行性能，但同時橫截麵積更大，容積更大，可以容納更大載荷的飛行器了。
這對於導彈來說，就非常重要了。
國際上，“靜不穩定”高超聲速乘波體飛行器的設計基本是指這種……
用途是進入火星大氣層什麽的，基本上它和“星空2號”沒什麽技術上的相似之處
這樣說來，運用新的設計原理設計的乘波體氣動外形，這應該是“第二代高超聲速滑翔器”的第一條技術標準。
此外，“星空2號”上測試的一些技術也是屬於“第二代”高超聲速飛行器，例如“高超聲速靜不穩定飛行於彈道控製”——高超聲速，靜不穩定……這兩個詞組合在一起就很厲害了。
大家都知道，由於現在高超聲速飛行控製非常困難，氣動舵麵容易燒蝕或失效，而使用主動力控製又因為控製時間、控製力有限等因素，也很難做到全程始終進行不停的控製，而“靜不穩定”飛行器的主要特點就是需要全程時刻對飛行姿態進行調整，才能保證正常飛行。所以，目前為止的高超聲速滑翔器一般都采用靜穩定設計。
“星空2號”采用靜不穩定設計，這意味著：
第一，“星空2號”已經有了在高超聲速飛行條件下能不間斷對飛行器姿態進行調整的技術手段。
第二，“星空2號”的研製團隊對於高超聲速飛行條件下的控製率等因素有十分深刻的認識，而且已經有十分豐富的實踐經驗。
目前位置，大部分高超聲速乘波體（傳統概念）飛行器的設計，都采用了靜穩定設計。
此外，在《科技日報》的報道中，還提到“該試飛器集成了疏導式熱防護熱係統……”。
這裏麵，“疏導式熱防護”，也是一項新技術，該技術實際上就是把飛行器蒙皮變成一個熱交換器，通過在前緣溫度較高部位的蒙皮當中埋入導熱率高的材料，將熱量疏導到溫度較低的尾部，從而降低溫度較高的飛行器前緣的溫度。
疏導式熱防護示意圖
順便，在《光華耀九州》係列文章寫作中，筆者疑惑了很久的“多排翼舵”設計，在11院官網上找到了示意圖
這項技術看起來不難，但實踐當中，如何選擇導熱材料，使之與蒙皮本身的材料膨脹率基本一致，避免高溫下出現結構破壞；同時導熱材料又要具有足夠高的導熱率，來實現熱傳導，這些都是技術上的難題。
從航天空氣動力技術研究院的官方網站可以看到，至少在2012年，該院已經開始進行疏導式熱防護技術的研究。而網絡上更是可以搜索到2014年前後該院人員發表的，進行相關試驗的論文。
成熟的動力係統和試飛過程
相比之下，“星空2號”的動力係統和試飛過程，就沒有那麽先進，都是用現成的成熟技術了。
新聞裏麵提到，該火箭采用“航天科工四院”的成熟火箭助推器。“航天科工四院”就是航天科工集團運載技術研究院。結合相關報道中出現的包裝、發射筒外形，可以推斷該飛行器使用的火箭助推器就是原航天科工9院（現科工4院9所）所研製的BP-12A導彈的火箭助推器部分。
BP-12A導彈是一種從B-611戰術導彈基礎上發展起來的導彈，而B-611戰術導彈，則是一款為了符合MTCR條約要求而開發的短程地地戰術導彈。從技術傳承角度看，它有著紅旗-2和東風-11的部分血緣。
不過當然了，經過了三代發展，BP-12A已經是一款價格低廉，性能不錯的成熟固體燃料火箭——用於進行高超聲速飛行試驗順理成章。
BP-12A導彈
“星空2號”使用的就是BP-12A導彈作為助推器，所以也直接使用它的發射箱
新聞中關於這一點也有一句話：“依托航天科工四院火箭助推係統，將之投送到預定高度，並分離自主飛行，實現臨近空間高超聲速滑翔飛行”。
我們可以推斷，“星空2號”的試驗過程應該是：垂直起飛，在上升到高空後，通過主發動機的燃氣舵控製，轉彎壓低彈道並繼續加速。在臨近空間高度，達到6馬赫最大速度。
BP-12A已經出口到了卡塔爾……
新聞中提到，該試驗飛行器解決了“低空高動壓高超聲速拋罩”問題，這裏所說的“低空”是相比離開大氣層外再拋棄整流罩的運載火箭拋罩而言，“星空2號”的飛行試驗高度為3萬米。
中央電視台報道稱，“星空2號”試驗飛行器的最大飛行速度為6馬赫，自主飛行時間400秒，也就是說，其試飛距離大約為667公裏。
可以說，與“星空2號”飛行器滑翔器部分所運用的新一代乘波體氣動外形設計、疏導式熱防護、靜不穩定控製等先進技術相比，采用燃氣舵控製，麵向外貿市場的BP-12A導彈作為動力係統，確實是“公開的就是落後的”產品了。
不過這不意味著中國沒有更先進的，適合高超聲速飛行試驗的火箭——隻不過出於成本和新產品試驗中降低不必要風險的考慮，才選用了成熟的BP-12A。
“星空2號”不如HIFiRE先進嗎？
集成了這麽多“黑科技”，那麽“星空2號”和國外同類試驗飛行器相比如何呢？
我們來看看與它性質相似，美國空軍出資，由NASA和澳大利亞聯合研發製造的“HiFIRE”為例吧，像WU-14、AHW這類使用大型火箭的飛行器與這類小型試驗飛行器不大一樣，缺乏可比性。
按照前麵那篇“唱衰”文章的說法， HIFiRE飛行速度可達8馬赫，而且也是“乘波體”，所以當然是比你先進多了！美國還有超燃衝壓的X-51飛行器，名字就叫“乘波者”，當然也是先進咯。
HIFiRE高超聲速試射計劃圖
那我們就來說說：
HiFIRE火箭是美國空軍研究實驗室和澳大利亞國防科學與技術集團、波音、BAE公司聯合進行的試驗。
按計劃，該試驗飛行器將測試9個不同構型的高超聲速飛行器的試驗。這其中，2017年進行的HyShot V（HIFiRE4）試驗飛行器看起來已經有點高超聲速乘波體的樣子，它的最大飛行速度達到了8馬赫。根據NASA的描述，該飛行器的試驗過程是，首先用火箭將其送入太空，然後在再入大氣層過程中測試控製機動。
該飛行器的設計任務是：探索高空高超聲速飛行的控製率。
2017年，HIFiRE 4號飛行器達到了8倍聲速
從其外形可以看出，它依然是下表麵內凹的傳統設計，按照“航天科技標準”，它不能算“乘波體”……
HIFiRE的控製上，采用直接力控製，使用線性作動器，通過噴射氮氣來控製偏航，試驗時間僅有5秒
顯然，它的技術水平是比不上大氣層內起滑，並且已經采用“靜不穩定控製技術”的“星空2號”的——HIFiRE 4還在“探索”高超聲速飛行器的控製率，而“星空2號”已經能夠成熟運用靜不穩定控製。因為技術成熟度較低，所以它的試驗窗口隻有5秒。與“星空2號”的400秒相比……
如果用飛機來打比方，HIFiRE 4在技術成熟度上相當於當年測試矢量推力技術的X-31，而“星空2號”，相當於已經安裝了成熟矢量推力係統的YF-22……大家自己琢磨這裏麵有多少差距。
不過，我們也不能小看了美國在高超聲速技術領域的水平，至少按照美國製定的實驗計劃，技術水平超越“星空2號”的HIFiRE試驗也是有的。
這就是，原定2016年要進行HIFiRE 8試驗，要測試一種采用超燃衝壓技術的乘波體飛行器。該試驗的目標，是在實現8馬赫速度下使用超燃衝壓發動機推進的水平飛行。
原計劃2016年就要試驗，但現在已經拖到2019年（還可能繼續拖）的HIFiRE8試驗飛行器，它的測試時間提高到30秒，有很大的提高……
不過，目前這個試驗進度已經趕不上了。
?按照調整過的計劃，將在2019年進行試驗，不過，其測試時間也隻有不到1分鍾。
不過，超燃衝壓發動機，中國也已經進行過試驗，根據2016年“馮如獎”，2017年“光華獎”的相關評獎文件，我國已經有不止一種超燃衝壓發動機試驗機彈進行過超燃衝壓飛行試驗。中國的超燃衝壓發動機，采用普通航空煤油作為燃料，從實用化角度來說，已經比采用含氫燃料的美國超燃衝壓發動機更接近實用了。
超燃衝壓發動機呢……此前報道過的“淩雲”可就是……
由此推斷，超燃衝壓發動機何時與類似“星空2號”的試驗體結合，進行類似HIFiRE 8的試驗，隻是時間問題而已（由於中國進行相關研究的單位很多，且保密程度較高，目前其實說不準這樣的試驗是不是已經進行過了）。
由於“星空2號”的技術水平遠高於HiFIRE 4，而中國的超燃衝壓發動機也不比美國同類試驗產品技術落後。那麽可以肯定的說，裝上超燃衝壓發動機的“星空3號”（假如用這個名字的話）飛行器的相關性能參數，肯定比HIFiRE 8要高，而且更接近於實用化。
總體而言，通過上麵這些分析，我們可以得到一個令人震驚——其實說實話在高超聲速技術領域我覺得這個結論不怎麽“震驚”——的結論：
“星空2號”表明中國已經接近完成第一代實用化高超聲速滑翔飛行器，正在為研製第二代高超聲速飛行器進行準備。
“星空2號”，是為第二代高超聲速滑翔器進行相關技術驗證的低成本試驗平台之一。
那麽第二代高超聲速導彈啥樣呢？美國當年畫的“快鷹”雖然外形可能和現實相去甚遠，但至少概念上還是有接近的——超燃衝壓動力的高超聲速乘波體導彈（按照寬泛的概念，沒有彈翼，超音速飛行，就可以算是乘波體了）
其實。“星空2號”的公開，也是我國對自身高超聲速技術的一種炫耀性展示，對於美國相關專業的研究人員來說，不難GET到這個信號。
畢竟，作為一種戰略性新技術，公開本身就是威懾——尤其是當你大大咧咧展示出來的成熟技術，其實在別人那邊，還剛剛開始進行理論探討的時候……
來源: houtou72 於 2018-08-12 08:54:39 [檔案] [博客] [轉至博客] [舊帖] [給我悄悄話] 本文已被閱讀： 0 次 (1610 bytes)
字體：調大/重置/調小 | 加入書簽 | 打印 | 所有跟帖 | 加跟貼 | 當前最熱討論主題 | 編輯 | 刪除
回答: “星空2號”：第二代高超聲速飛行器的啼聲 由 海邊居 於 2018-08-12 03:49:26
第一次知道除我以外還有人這樣設計。我在大約2008年前的理論概念。在2008年之後在理論上就已經把它淘汰了。更好，更穩定而更靈活的設計可以讓飛行器可以幾乎任意飛行。理論上除了我的波束武器的3D空域立體非針對性特異攻擊原理設立的死域障礙可以威脅阻攔之外，沒有任何其他的武器可以將之擊落或攔截，包括激光。
還有下凹曲麵設計提升，是在大約2010年改進我的 KAI Fling Object （KFO）時想到的。現在看來在這方麵我是有點兒井底之蛙了。當然，那時還沒考慮到亞光速飛行的推力動力和常溫，甚至高溫超導原理。除了流體知識外，有些知識還需要從物理學，天文學/天體物理學和些許量子概念方麵的知識借鑒而來。但並不像人們所想象的以為需要多麽複雜的原理和苛刻的技術條件。
另一個方麵，飛機和火箭發動機；人們都把焦點集中在對傳統技術的改進，沒考慮到對其進行徹底的革命性改造。可能是因為我對傳統流體動力學是後於我的其他知識的入腦順序吧，沒有陷入慣性思考的洗腦。結合上麵談及的‘多排舵’（我不是這樣命名的），可以完全在動力學上視現代最先進的飛行器為高科技垃圾。這些技術設計的使用，現在的航孩兒它娘都也成了垃圾了。
還有風洞的方麵，等等。當然，所有這些在網上都不便多說。
再次多謝介紹！
丙探
Adun Toridas!
2015-09-18 18:56:35
關鍵字: 中國黑鳥中國超級黑鳥SR-71高超音速高超音速驗證機超燃衝壓
據中國航空新聞網9月18日報道，近日，我國試飛中心某新型高超音速驗證機試飛成功。該機具備超高空超高速、飛行方式獨特等特點，以下是報道原文：
近日，我國某試飛試驗基地，在發動機的轟鳴聲中，某型機交付試飛中心後的首次試驗飛行拉開序幕。伴隨著飛機的滑跑，起飛，離地，漸行漸遠消失在天際，忐忑、激動，一種難以言表的情緒在試飛隊中傳遞著……
這是某型機轉入試飛中心後的首次飛行，該型飛機任務剖麵特殊、飛行方式獨特，飛行速度和高度更是遠超試飛中心成立以來所有其他試飛機型，其試飛任務難度大，準備時間短，承擔該型機試飛任務的項目團隊的每個人都感受到了沉重的壓力。
本次飛行任務中，試飛方案設計、任務規劃、任務指揮等多項重要職責主要由試飛團隊中飛機專業人員負責。從前期的任務準備，航路規劃，到飛行前的閉環試驗，指揮流程，再到最後的實際飛行指揮，總能看到他們的身影。作為現場技術負責人的劉尚民研究員從製定試飛計劃、試飛方案,到實際任務書的編製都做到親力親為，給年輕人起到表率作用。王鋒是該團隊飛機平台的綜合主管，負責飛機相關專業試飛方案的設計及實施，他組織團隊熟悉試飛對象，從試飛安全的角度出發，製定了較為全麵的試飛安全保障措施，同時他還帶領了年輕人與設計人員、試飛員等溝通，創新性的提出了適用於該型號的試飛方法。任務規劃和任務指揮是本次試飛的核心崗位，“初生牛犢不怕虎”的張立豐入院僅一年多，麵對著這種跨代式的飛行器，有著一股不服輸的勁頭。作為任務規劃核心成員，在近一個月的時間內，天不亮就得進場開展任務設計工作，一遍遍地試驗，一次次地修改。迎著夕陽趕回賓館又要著手任務流程的演練，一遍、兩遍……夜已深。
對該驗證機飛行狀態的描述，和SR-71“黑鳥”十分類似
起飛數小時後，航線任務完成。一架深色飛機，從深邃的天空中大角度俯衝接近，瀟灑地完成拉平，輕盈平飄至機場跑道，整個過程猶如利劍還鞘準確瀟灑。隨著‘飛機已刹停’指令的發出，本次任務圓滿結束。原本的不安和緊張瞬間得到釋放，掌聲、笑語在監控室轟然響起。
此次試飛實現了試飛中心在高超音速試飛領域的突破，標誌試飛中心在該型機試飛技術領域內的更加成熟。新領域，新挑戰，對試飛中心的年輕人來說，這裏是一個新的起點，將是見證中國速度和中國高度更快更高的地方，更是一個夢開始的地方。（通訊員 祁聖君）
報道原文到此為止。
點擊查看大圖
原報道網頁
觀察者網軍事觀察員認為，雖然報道原文並未透露該機型的具體型號和任務，但是從報道中的內容來，首先這顯然是一架高超音速驗證機，其速度之高是創造紀錄的。高超音速是指達到5馬赫以上，即6125.4千米每小時。觀察者網曾經報道，在中航工業慶安發動機組多型產品方案評審攻關的相關事跡報道中，一種所謂“串聯式渦輪衝壓組合發動機”首次出現，並確認這種新研發動機將“為某飛機配套”。觀察者網軍事觀察員猜測，或許所指的就是此型高超音速驗證機。從該機已經移交試飛中心進行試飛來看，顯然該機已經進行過若幹次試飛，驗證了基本的飛行性能。
高超音速飛機使用的變循環發動機
其次從對飛行器的描述中可以看出，我國新型高超音速驗證機或與美國的SR-71“黑鳥”戰略偵察機大體類似，而其飛行速度顯然已經超過此前創下速度紀錄的SR-71“黑鳥”戰略偵察機。SR-71“黑鳥”作為上個世紀的美國“黑科技”，其最大速度為3.2-3.5馬赫左右，還未達到高超音速的級別。
最後從試飛任務的描述來看，該型飛機並非類似wu-14那樣的高超音速飛行器，而是一款新型驗證機。而從任務時間的長度來看，此機很可能被用於戰略偵察。當然，目前尚不能確認試飛員是否登機試飛。如果該型高超音速驗證機確實為有人機，那麽該機將超過“黑鳥”戰略偵察機，成為世界上最快的有人飛機。如果其為無人機，那麽我國新型高超音速驗證機也將達到世界先進水平。