美国高超声速飞行器研制进展

廖孟豪

近期，美国高超声速飞机和武器有新的发展动向，持续显示出美国正在全力以赴发展高超声速作战能力或技术储备，值得关注。

美国波音公司认为：Ma5级高超声速客机将在2040年前后具备技术和经济可行性

2018年8月10日，英国《飞行国际》网站报道称：尽管高超声速客运飞机虽然听起来比较科幻，但事实却是美国波音公司已经将其列为一个重大项目，正在开展相关科研工作。

波音公司2018年6月26日在一次航空技术会议上首次公布了高超声速客机概念，并在7月份的范保罗航展上展出了相关模型。波音公司坚信已经找到了能够综合权衡速度、材料和推进等瓶颈的方案，不但使得Ma5飞行在技术上可行，而且2040年前后在财务上也可以实现盈利。该公司首席技术官格雷格·希斯罗普（ Greg Hyslop）表示，“它并不像人们想象的那么难。当然确实也比较难。”

波音公司的高超声速客机概念方案最大速度为Ma5，刚好达到高超声速的门槛。该公司分析认为，Ma5.0是现有结构、推进和燃料技术能够达到的极限。该公司高超声速首席科学家凯文·鲍卡特（ Kevin Bowcutt）表示，“我们完全可以依靠现有的技术和手段来研制该飞机，而不需要去发明什么新技术。”以动力为例，要达到Ma6.0就必须要采用超燃冲压发动机，而该技术目前尚不成熟;但Ma5.0的飞机就完全不需要超燃冲压发动机，而是采用类似J58那样的涡轮冲压发动机即可。J58发动机在Ma2以下时采用涡轮模式工作，而速度达到Ma2以上后便将来流空气从压气机直接送入加力燃烧室，以冲压发动机的模式工作。波音公司Ma5.0的高超声速客机也将采用这种涡轮冲压发动机，只不过工作模式的转换速度会比Ma2要更高一些。凯文·鲍卡特对高超声速飞行器非常熟悉，是X-51A的设计师，被誉为“×-51A之父”。X-51A采用JP-7作为燃料和冷却剂。但由于高超声速客机的速度不用超过Ma5.0，因此不需使用JP-7。高超声速客机的燃料选项包括标准化的Je卜A燃料、液体甲烷或两者的组合。

波音公司选择Ma5.0作为飞机的最大速度，还有结构材料方面的考虑。如今，大量应用在飞机和发动机上的标准化钛合金材料已经有足够的强度能够在6000C的温度下正常使用，而不必采用难以制造的陶瓷基复合材料。但一旦速度达到Ma6.0，飞机就必须采用镍基合金而不是钛合金，必须采用不够成熟的超燃冲压发动机而不是涡轮冲压发动机。

格雷格·希斯罗普把高超声速客机與超声速客机进行了对比，Ma2的“协和”超声速客机理论上能够使用同一班机组在一天内跨大西洋飞行2次，但高超声速客机理论上能够适应同一班机组在一天内跨大西洋飞行4-5次。运营效率的优势将使得高超声速客机比超声速客机更具吸引力。

AGM-183A——美空军正式赋予“空射快速响应武器”项目发展的高超声速导弹编号

2018年8月7日，美国《航空周刊与空间技术》网站报道称，美空军全寿命周期管理中心授予洛克希德·马丁公司“空射快速响应武器”（ ARRW）项目高超声速导弹研制合同，并正式赋予该导弹编号AGM-183A。

该合同金额为7.8亿美元，合同周期截止到2023年。在“战术助推滑翔”（ TBG）项目成果基础上，ARRW项目正在研制一型空射型高超声速助推滑翔导弹。与此同时，美空军还在同步开展“高超声速常规打击武器”（ HCSW）项目，并在2018年4月授予了洛克希德·马丁公司总额9.28亿美元的研制合同。其中，具体承担ARRW项目的是洛克希德·马丁导弹与火控分公司，承担HCSW项目的是洛克希德·马丁公司航天分公司。HCSW项目旨在研制一型固体火箭助推、GPS制导的高超声速导弹，计划在2022财年配装现役作战飞机形成早期作战能力。而ARRW项目进度更加激进，计划在2021年形成早期作战能力。洛克希德·马丁公司同时也是TBG项目的总承包商，目前正在开展该项目关键设计评审（ CDR）阶段的科研工作，计划在2019年开始进行飞行演示验证。TBG项目飞行试验瞄准的射程为500nm（约926km）o根据美空军公布的文件，ARRW项目共收到了来自波音、雷神和洛克希德·马丁三家公司的竞标方案，并最终选择了洛克希德·马丁公司作为唯一总承包商。

美空军评估认为雷神公司方案的助推器尺寸和性能无法满足射程要求，生存力和毁伤性能因导引头方案而偏离基线要求，且导引头方案无法满足进度要求。总之，雷神方案无法满足进度要求。对波音方案的评估结果也是进度风险过高。即便波音方案提出的是在合同授予后96个月内（这已经比要求晚了60个月）交付导弹，但美空军仍然认为波音的进度计划过于“乐观”。而且更重要的是，波音提交的方案实质上是一种弹道再入式导弹，而不是美空军要求的助推滑翔导弹。

美空军认为洛克希德-马丁公司的方案是唯一能够满足进度要求的方案，由于充分吸收了TBG项目的成果，且在一些重大部件上实现了通用，因此节省了大约24个月的周期。但美空军也评估认为，气动外形、前缘结构、雷达罩等技术在向产品转化时仍然具有较高风险，不过由于TBG项目已经完成了大量设计分析和风洞试验，且TBG项目仍在不断取得进展，相关风险将会持续得到减弱和降低。

美国洛克达因公司成功完成了ARRW项目助推火箭发动机在极端环境下的热试车试验

2018年8月7日，英国《飞行国际》网站报道称，美国航空喷气集团洛克达因公司成功完成了美空军“空射快速响应武器”（ARRW）项目高超声速助推滑翔导弹用助推火箭发动机的两次热试车。

该型助推火箭将用于支撑完成ARRW项目的初步飞行试验。洛克达因公司称，利用美空军研究实验室位于爱德华兹空军基地的试验设施，公司日前（具体日期未公布）分别完成了在模拟极低和极高环境温度下的火箭发动机热试车，验证了该型发动机在各种作战环境下的性能。目前，洛克希德·马丁公司是ARRW项目的主承包商，洛克达因公司则是该项目负责助推火箭的子承包商。洛克达因公司CEO兼总裁艾琳·德雷克表示，“本轮地面热试车验证了我们火箭发动机技术的鲁棒性能够满足下一代空射导弹助推器的要求。目前正在进行试验数据分析工作，数据分析结果将帮助我们确认该型发动机的弹道、热、结构和点火模式等关键性能。”