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hv-2临港空间高超声速无动力跳跃飞行器 高超声速无动力跳飞器 随着空间上各种高超速武器的快速发展，防御部门面临的天空威胁变得越来越严重。以ht-2高超速飞行技术为代表的细长三维跳跃飞机在空间上表现出非动态速度的动力。由于其远距离、速度、作战能力等特点，它受到了军事大国的广泛关注。虽然此类飞行器仍处于试射阶段, 但设计理念以及试射过程中展现出的能力都表明了其强大的威胁, 一旦威胁转化为现实并实现部署, 对战争形态将产生巨大的影响。无论是研制临近空间高超声速无动力跳跃飞行器, 还是设计防御系统, 都必须在对目标特性进行研究的基础上展开, 可见分析HTV-2飞行器的目标特性具有重要的军事意义。 1 测试试验结果 HTV-2是美国大陆投送和使用的军力 (Falcon) 项目中研制的第2代飞行器, 主要用于验证全球快速打击武器的关键技术, 包括热防护与气动构型、导航、制导与控制等。 HTV-2的相关测试已在计算机和风洞试验中模拟完成, 但最大速度也只能达到马赫数15, 其高超声速条件下的稳定性必须通过实际飞行测试来验证。为此, 美国防预先研究计划局 (DARPA) 为HTV-2设计了飞行测试过程:牛头怪-4助推火箭将HTV-2助推到约40 km后, 整流罩打开, 助推火箭与HTV-2分离;此后, HTV-2在重力作用下做惯性飞行, 飞行器再入后, 空气密度增大, 高升阻比外形使飞行器受到很大的升力作用, 外加姿态控制系统对飞行器攻角的实时控制, 依靠气动升力做无动力跳跃滑翔;最后, 进入末段下压阶段, 并落入指定海域。预计整个过程30 min, 飞行距离达上万公里。 DARPA设计的实际测试HTV-2的飞行过程为, HTV-2由牛头怪-4携带从加州范登堡空军基地发射升空。在外大气层边缘, 整流罩打开释放HTV-2。此后, HTV-2经历惯性阶段、再入拉起阶段、跳跃滑翔阶段和末段下压阶段的飞行, 最后落入太平洋夸贾林环礁附近海域, 试验全程计划约为30 min。 2010年4月22日, HTV-2进行了首次飞行试验。由于试验中HTV-2的飞行速度和高度达到了攻角的控制极限, 导致自动操舵计算机执行了飞行终止指令, 飞行器被强制降落到海中, 发射9 min后与美军失去联系, 飞行宣告失败。 在对第一次飞行试验失败进行总结的基础上, 2011年8月11日上午, HTV-2在牛头怪-4火箭搭载下由美国加州范登堡空军基地再次成功发射升空, 起飞10 min后, 飞行器已沿轨道进入滑翔阶段, 约26 min后失去联系。对此, DARPA的解释为飞行模式异常。虽然两次飞行试验都宣告失败, 但其显示出的技术优势和进攻潜力不容忽视, 一旦形成战斗力, 战争形态将发生巨大变化。 2 hmp-2的物理特性 1 高超声速智慧航天器的阻比设计 通常设计的高超声速飞行器, 激波从前缘脱体, 流体绕过边缘在上下表面交互, 压力泄漏到上表面, 导致飞行器升力下降。为产生相当的升力, 必须以大攻角飞行, 高超声速飞行时, 飞行器周围流场中出现强激波, 产生大的波阻, 由于边界层厚度与当地马赫数平方成正比, 会引起大的摩阻, 进而导致高超声速飞行器大的阻力。著名航空科学家屈西曼 (Kuchemann) 总结了常规飞行器高超声速条件下的升阻比屏障:随着马赫数增大, 飞行器所能达到的最大升阻比逐渐降低。DARPA和洛马公司将HTV-2采用尖缘大后掠外形设计, 前缘为尖薄的低曲率多片式壳体, 这种设计通过将激波后的高压气流限制在飞行器的下表面, 不允许绕过前缘边泄漏到飞行器上表面, 从而在设计状态下获得比普通外形高得多的升阻比, 设计外形如图1所示。 高升阻比外形设计使飞行器能在姿态控制系统的控制下。一方面形成特有的跳跃滑翔轨迹, 由于飞行器全程受控飞行, 防御方难以预测目标弹道, 另一方面使飞行器倾斜转弯后横向机动能力更强, 机动范围更大, 大大增加了防御难度。 2 材料的要求 由于HTV-2飞行器再入后的速度极快, 飞行器表面与大气摩擦剧烈, 累积的热载荷随时间不断增加。此外, HTV-2在滑翔段一般采用小攻角飞行, 头锥、翼前缘与机身迎风侧受热严重, 因此, 长寿命、耐高温、抗腐蚀、高强度、低密度的材料对于研制高超声速飞行器非常关键。为此, HTV-2采用了C/C复合材料防热外壳, 以尽量降低烧蚀程度, 使HTV-2在大气内长时间高速滑翔成为可能。 3 加标回复使用ht-2 该火箭是在LGM-118和平保卫者洲际弹道导弹的基础上改进而来的, 它保留了和平保卫者的前三级, 去掉了Orion 38第四级发动机。从两次试验可以看出, 该型运载火箭已基本达到了功能要求, 能够将HTV-2推至指定高度并达到速度要求, 稳定分离正常。 助推火箭确保HTV-2再入后飞行速度范围能达