X－51飞行器

X－51超燃冲压飞行器将为美国提供新的“全球快速打击”能力
东方网5月18日消息：太空飞行网(SpaceFlightNow)16日发刊文章称，美X-51超燃冲压长航时飞行器将于本月25日在加利福尼亚州爱德华兹空军基地试飞，它将为美国提供新的“全球快速打击”能力。X－51超燃冲压飞行器的试飞也是利用空气喷气发动机系统将飞行器发射升空的一个关键步骤。
美国X-51超燃冲压飞行器25日试飞 有望2025年形成战力
文章称，航天飞机飞行颇为壮观，但它只代表了过去的技术。超燃冲压发动机则是代表了未来的推进技术。与火箭发动机不同，超燃冲压发动机是空气喷气发动机系统——不用携带重达数吨的氧化剂，直接从大气中吸入氧气，使飞行器达到接近火箭发动机的速度和高度。
超燃冲压发动机最终可使飞行器达到极超音速近太空速度和高度，就像高性能喷气式发动机将英法联合研制的中长程超音速客机“协和”飞机送至高层大气一样。
文章称，4个X－51飞行器将进行试飞——飞行器由包括美国空军、美国国防部高级研究计划局、美国国家航空和航天管理局、波音幻影工作室以及普拉特&惠特尼公司联合研制。这种空气喷气式超燃冲压发动机有望于2025年左右使美国太空发射能力发生一次革命，尤其是在快速、类似空射的小型却重要的军用航天器发射领域。
如果X－51试飞能够获得成功，那么奥巴马总统就能够做好准备，接受具有革命意义的超燃冲压动力常规武器“全球快速打击”导弹。这种超燃冲压导弹从加利福尼亚范登堡空军基地发射升空后，可在60分钟内，利用其极强大的动能冲击波攻击地球上任何目标。美国宇航局的X－51项目是该新武器系统概念内最关键的部分。“全球快速打击”项目直接由宇航员出身的四星上将、航天部队司令部司令凯文·奇尔顿直接负责。

B-52翼下的X-51A
文章指出，这种新能力将赋予美国一种新式常规武器快速攻击武器系统，可用于随时攻击优先项目，并可提供不完全依赖弹道导弹的威慑力，即使洲际弹道导弹也是常规武器系统。“全球快速打击”超燃冲压导弹飞行时速可达4000英里，与其他次音速巡航导弹相比，它们可更迅速地攻击对恐怖分子或伊朗和朝鲜导弹来袭导弹。1998年，比尔·克林顿总统下令利用海军“战斧”巡航导弹攻击本·拉登，但仅数分之差，便使攻击目标逃之夭夭。这一事件就说明了美军对“全球快速打击”系统的需要、
美国空军研究试验室(AFRL)负责X-51A的项目经理查理·布林克将说：“在首次超燃冲压发动机技术实际证明中，每个X－51飞行器都将飞行数分钟，飞行数百英里远的距离。布林克说，虽然最优先事项是在2015年左右开发出一款“快速打击”导弹，但超燃冲压发动机更像是“太空运输(spacelift)”，这是令“美国空军研究试验室最兴奋的地方。”
当由B－52H从4。9万英尺高空释放之后，X－51飞行器将由固体火箭发动机直接提供燃料。通过轻微旋转保持稳定后，每个X－51飞行器将爬升至约6万英尺高空，时速达到4马赫。在这里，固体发动机将被分离。紧接着，在超燃冲压发动力的推动下，X－51飞行器爬升至约10万英尺高空，时速达到6。5马赫——时速超过4000英里。
随着航天飞机及其已有35年历史的技术的过时，美国空军、美国国家航空和航天管理局以及奥巴马政府发现可突破大气和太空界线的超燃冲压飞行器有着美好的未来。
除吸气式太空发射外，超压/冲压喷气发动机的组合，还能使由吸气式发动机提供动力的飞行器着陆，而不是采用危险度更高的无动力滑翔，如航天飞行只能靠无动力滑翔着陆。报道称，作为一个战略技术项目，不管近期内会向商业公司转移多少，或者会向国际空间战运送何种货物，超燃冲压发动机的发展都将持续下去。
即使4架X-51飞行器只部分获得了成功，它们也能加速先进吸气式发动机的发展，以供水平起飞太空发射工具使用。例如，美国国家航空航天局下属格伦中心(位于俄亥俄州克利夫兰市)就对一种名为“开拓者”的航天飞机进行了广泛研究，该机无人操控、全重13万磅、由超燃喷气发动机提供动力，可将重300磅的负载送入轨道。

X－51为美国空军进入太空做准备
此外，美国国防部的“极超音速蓝图”，在很大程度上也是面向美国进入太空能力，以及导弹或侦察飞行器的应用。这些超燃冲压飞机器的应用，将会满足美国空军对响应式太空进入(RSA)的军事发射器的广泛需要，这将包括“航空－航天”能力的无缝隙集成。五角大楼的“极超音速蓝图”将使美国“具备以同飞机一样的速度，进入太空、返回地球、然后再进入太空的能力”。该项目旨在控制美国军队及国家航空航天局所追求的日渐增多的与超燃冲压飞行器有关的发展。
报道称，每架X-51超燃冲压飞行器，都会由从爱德华兹空军基地起飞，向南在太平洋上空飞行的B-52轰炸机投掷。X-51长26英尺，重2000磅。美国空军研究实验室(AFRL)有关未来应用的一个概念，提及了一种可重复利用、同协和式飞机一样大的高超音速运输机，该机配备有4台X-51所使用的超燃冲压发动机。在这一概念中，尾部安装此类发动机的是美国空军的X-37型无人航天飞机，它与从卡纳维拉尔角发射、由“阿特拉斯-5型”运载火箭送入太空且当前正在进行测试的航天飞机相似。
据飞行器项目的相关部门透露，实际上，今年5月开始进行的太空测试，本应该于今年2月或3月进行，但由B-52轰炸机进行搭载测试后，他们发现仍需进一步明确伴随机与获得遥感数据之间的合作。
X-51将使用普惠公司的SJY61超燃冲压喷气发动机，使其速度增加至6。5-7马赫，同时达到自身冲击波的最高点，以增强航空动力与发动机性能。另据X-51的研发机构、美国空军研究实验室推进理事会前会长威廉·博格(WilliamU。Borger)透露，在超燃冲压飞行器方面，他们还设立了更高的目标——2025年研发一种“太空快速反应运载工具，其可以开展与航天飞机所执行的相关行动”。
博格认为这种超燃冲压飞行器，是航空历史上排行前四阶段的吸气式推进装置发展之一。博格说，第一阶段是1903年莱特兄弟发明的莱特飞行器；第二阶段是始于20世纪50年代的喷气式发动机的发展，它“彻底改变了飞行器的形状和速度”。

在截止到1970年的第三阶段中，大型高旁通比的涡扇发动机，促进了大型喷气式客机(如波音747)的发展。博格在退休前指出，当前，超燃冲压飞行器的发展时代属于第四阶段，它将使美国具备“维持高超音速飞行并进入太空的能力”
除普惠公司外，位于犹他州的阿连特技术系统公司(ATK，该公司主要研制航天飞机的固体火箭发动机)，也密切参与了超燃冲压飞行器的研制工作，并且还可能会在某开参加超燃冲压发动机的生产。
报道指出，美国也在留心这个重要的新推进器领域所存在的国际竞争。有12个以上的国家已经在超燃冲压方面取得了一定程度的进展。目前，中国已经在超燃冲压技术领域取得了成果。俄罗斯和法国也在从事超燃冲压飞行器的研发，有时两国还会在该领域内开展合作。此外，澳大利亚与美国也在合作进行意义重大的超燃冲压综合测试。不过，X-51飞行器是第一个旨在用于长期飞行的超燃冲压飞行器。
实际上，自1968年X-15火箭飞机项目结束以来，爱德华兹空军基地便再也没有进行这种高速动力飞行测试。对此，该基地高超音速联合特遣部队长官约翰·阿姆斯特朗(JohnArmstrong)表示，X-51的出现使这个位于洛杉矶东部莫哈韦沙漠、富有传奇色彩的飞行测试中心恢复了往日生机。
超燃冲压发动机与其他吸气式动力装置之间存在很大差异。传统喷气式发动机内部的气流必须保持在次音速水平，才能使空气在几十个涡轮叶片旋转的过程中维持燃烧。即使一架飞机以超音速飞行，传统喷气机中的气流也必须降到亚音速的速度。而超燃冲压发动机的情况则更正好相反。超燃冲压发动机没有运动部件，气流通过时必须保持超音速的流动速度。超燃冲压发动机进气口也是飞行器整体造型的一个固有部分。
文章称，80年代中期，里根总统呼吁研发X-30国家航空航天飞机。该飞机由超燃冲压发动机驱动，能够在3小时内从纽约飞到东京。尽管美国国家航空和航天管理局空军和国防高级研究计划局从未研制出可飞行的飞机，但他们开拓性的科技使超音速燃烧冲压喷气发动机推进系统成为了现实。老布什、克林顿和小布什继续发展里根的科技工作。奥巴马政府也批准发展超燃冲压发动机导弹，以增加战略打击的选项。
而且，X-51导弹的发展也加速了用于太空发射的超燃冲压发动机的发展。未来超燃冲压发动机推进的太空发射火箭能够大幅降低成为并提高发射灵活性，因为它们能使起飞跑道加速至轨道速度的60%，而无须携带很重的氧化剂和容器。

B-52H将担任X-51A的载机
在之前2。4亿美元的测试项目中，较小的X-43A氢气推进超音速冲压喷气发动机可在10秒内加速至9。6马赫，近7000英里/小时。其由B-52发射，通过飞马火箭发动机达到超音速冲压喷气发动机的起动速度。
文章介绍说，在内部空气流领域的复杂计算机模型使超音速冲压喷气发动机推进成为可能之前，仅能利用火箭发动机推进的发射器来达到极超音速速度，其携带的氧化剂和金属容器就占了很大重量。
文章称，此次试飞将分几周进行，在太平洋加利福尼亚沿岸，各X-51将从约5000英尺处的B-52H轰炸机的机翼吊架中飞出。X-51的速度不如2004年的X-43快，但它将使用更常见的JP-7炼油燃油和独特的冷却设计，可飞行近400英里。布林克说，它的燃油箱更大，X-51发动机能够支持完成一次使命。
对于太空进入任务，未来的超音速冲压喷气发动机驱动火箭将通过吸气发动机从外界吸收氧气，然后利用携带的氧化剂转化为火箭动力，使速度达到约15马赫，然后再加速至25马赫，以进入轨道。从爱德华兹空军基地起飞后，各X-51将在洛杉矶北50英里外的穆古海军基地的太平洋上空被放出。
普惠公司多年的工程和内部发动机流程模型为X-51的可用超音速冲压喷气发动机行动打下了坚实的基础，使其最终能够进入太空。普惠公司X-51A项目经理乔治`萨姆说：“我们相信X-51会成为吸气极超音速飞行的领军者。”发动机点火后，先是燃烧乙烯和JP-7燃油混合物，然后仅燃油JP-7燃油。使用标准JP碳氢燃料是试验中的重要部分。各X-51将携带270磅JP-7。
美国佛罗里达州西棕榈摊普拉特&惠特尼公司气动热分析和系统集成专家迪恩·安德烈亚为“工业物理学家”网站概述了超燃冲压发动机的内部流动特性。这说明了普拉特&惠特尼公司工程师将X－51变成现实的信心。安德烈亚说：“超燃冲压发动机的高速进气装置包括飞行器前部、内部进气口，用于捕获和压缩空气，以供发动家其他组件加工。与喷气发动机不同，超音速运行的飞行器不用机械压缩机就能得到足够的压力。”
美国空军研究试验室X-51A项目负责人布林克称，4次飞行试验有着一个共同的目标：“以尽可能多的马赫数点火并加速飞行器。”他认为，与其他所有飞行试验一样，试飞过程中总会出现这样或那样的问题。在4次试验中，只有2次获得成功布林克就很高兴了。这4个X－51飞行器无法回收，但在未来的测试中，测试飞行器可能会配备降落伞，以备回收之用。(春风)

厂房中的X-51A
长期以来，美国国防部一直大力推动高超音速武器的研究，只是由于一些关键技术进展相对缓慢，这些研究一直处于低速发展状态。2007年伊始，美国“全球敏捷打击”计划呈现出逐步加速的态势，一系列用于满足远程、敏捷打击需求的方案公之于众，各项飞行试验正在紧锣密鼓地准备着。其中，波音公司与普惠公司联合研制的X-51验证机已经初露端倪，主要用于验证高超音速巡航导弹所需的关键技术，引起世界各国的极大关注。
全新作战需求
X-51验证机的问世首先是作战需求的直接牵引。自20世纪末以来，美国国防部就着手研究未来远程攻击武器平台的各种候选方案，以便尽早地用于新型攻击武器上，在数分钟内攻击全球的任何一个高价值目标。随着作战需求的不断明确，五角大楼将其命名为“全球敏捷打击”（Prompt Global Strike）计划，并先后提出了两种主要候选方案：潜射的“三叉戟”II常规型弹道导弹和高超音速巡航导弹。
从技术角度看，前者是美国海军正在考虑的一种过渡方案，只需要几亿美元的研制经费，经过改装的第一艘“俄亥俄”级核动力潜艇就可以在两年内承担“全球敏捷打击”任务。美国海军认为，“俄亥俄”级一旦接到总统下达的攻击命令，就能迅速发射“三叉戟”II弹道导弹，装填有破片式钨棒的常规弹头所产生的“金属风暴”将可以摧毁任何一个目标。
如果五角大楼战略家们设想的计划顺利实施，地球上没有任何地方可以躲过这种毁灭性的打击。考虑到常规型“三叉戟”II弹道导弹的外观和飞行过程都与携带核弹头的“三叉戟”II D5型弹道导弹极为相似，因此，这种有引发第三次世界大战危险的方案在美国国会尚存争议。于是，积极发展高超音速巡航导弹就成为了一个比较现实的选择。其中，X-51验证机在关键技术方面不断成熟，引起美国空军的极大关注。
早在20世纪90年代末，DARPA就在“先进快速反应导弹验证机”（ARRMD）计划中开始初步从事有关乘波机的军事应用研究。作为这项工作的延续，美国空军研究实验室（AFRL）在2003年初制订出一项“吸热式碳氢燃料超燃冲压发动机飞行验证机”（EFSEFD）计划，后来改称为“超燃冲压发动机验证机一乘波者”(SED-WR）。2004年1月，AFRL选择了波音公司（负责机体）和普惠公司（负责发动机）的联合研制队伍，要求制造一架SED-WR飞行试验平台。2005年9月27日，美国空军正式批准将SED-WR命名为X-51A。

X-51验证机采用了将高超音速飞行中极度恶劣的某些不利因素转化为有利因素的方法。例如，飞行器在大气中以高超音速穿过空气时，将相继产生一系列的激波，会带来极大的波阻。为此，X-51采用了一种乘波构型，采用专门设计的尖锐头部，可以按精确角度组织和分布所需的激波系，使激波系产生的所有压力直接作用在机体下方，从而提供升力。
X-51采用扁平的尖锐头部，将高超音速下气流产生的激波聚集在腹部的矩形进气口。这些激波可以压缩空气，无需通常情况下实现这种作用的机械部件。利用一个隔离段的高压气流调节到适合于燃烧室工作需要的稳定压力，将气流
减速会增加飞行器的阻力，但是可以满足更加完全的燃烧。随后，压缩空气和雾化的JP-7喷气燃料混合点火燃烧，产生推力。因为高超音速飞行持续产生的温度高达4500度，燃料还作为冷却剂，以避免发动机壁面被熔化。
高超音速飞行时，由于压力、阻力和高温等因素的影响，X-51不得不在机身后部采用了4个控制面。尽管由于想像图中的角度有所差异，但可以肯定的是，下方的2个控制面主要起俯仰控制作用，上方的2个控制面主要起方向控制的作用。