美俄高超声速武器动力技术发展趋势研究.docx

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1、美俄高超声速武器动力技术发展趋势研究摘要：结合美俄在高超声速武器研制方面的最新动态,系统梳理了美俄在高超声速导弹、高超声速飞机、天地往返可复用空天武器、高超声速飞行试验平台等几类高超声速武器方面的研发计划，重点介绍了美俄在火箭动力技术、吸气式超燃冲压发动机技术、组合动力技术、新概念发动机技术等几种高超声速武器动力技术方面的研究工作，研究和分析了其动力技术的未来发展趋势，得出美俄近期将重点发展火箭协同动力，并加速调整高超声速武器动力技术研发路线等结论。关键词：高超声速武器；动力技术；高超声速导弹；高超声速飞机；超燃冲压发动机；火箭发动机；预冷却发动机1引言2021年9月27日，美国防部宣布由雷锡

2、恩公司承研的“吸气式高超声速武器概念（HAWC）高超声速巡航导弹成功完成首次飞行测试。2021年10月4日，俄国防部宣称其成功从核潜艇上完成了“钻石高超声速导弹的首次试射。美俄相继公布这两款以超燃冲压发动机作为动力的武器型号最新进展情况，意味着以超燃冲压发动机为动力的高超声速武器将进入新的发展阶段。美俄高超声速武器动力技术或许将迎来新的发展趋势，其研发路线可能会作进一步调整。本文从美俄高超声速武器研发计划出发，梳理了其动力技术研究的基本情况，初步研究了美俄高超声速武器分阶段重点发展的动力技术。2美俄高超声速武器主要研发计划广义地讲，高超声速武器既包括高超声速导弹，也包括高超声速飞机，甚至还包括

3、天地往返可复用空天武器。目前,国外进行高超声速武器研发的国家主要有美国、俄罗斯、法国、德国、英国、澳大利亚、印度、日本等，其中美国和俄罗斯的高超声速武器研发计划实施进度最快，进展也最大。因此，本文重点介绍美国和俄罗斯的高超声速武器计划。2.1 美国美国的高超声速武器研发计划主要体现在四个方面：一是高超声速导弹，二是高超声速飞机，三是天地往返可复用空天武器，四是高超声速飞行试验平台。2017年之前，美国一直按先导弹、再飞机、最后可复用飞行器的路线图和相关技术成熟度来实施其一系列高超声速武器研发计划。2018年3月，俄罗斯总统普京发表国情咨文讲话透露其两款高超声速导弹后，美国受到较大刺激，对高超声

4、速武器研发计划的实施步骤进行了较大调整，试图先期利用成熟的高超声速技术加快高超声速导弹的部署步伐，然后在相关技术不断成熟的基础上推进高超声速飞机和天地往返可复用空天武器的发展。在这个过程中，特别重视发挥高超声速飞行试验平台的作用。实施步骤调整之后，美国高超声速武器研发计划的具体情况见表1和表2。团表1美国高超声速导弹计划基本情况表计划名称行管单位性.一动力形式2022财年经费预算/亿美元进度雷规快速打击计划CPS速度:26.0高度:90km射程：4000-5000km助川滑两：两级固体火箭发动机+无动力滑翔1174(3.661)2025财年部署j小逐匏.2028财年部署于潜艇进攻型反海面战武器

5、系统升级计划（OSu-2）海军吸气式巡航：双愚室固体冲压发动机0.57(0.57T)2023财年第二季度进入EMD阶段远程高超声速武器计划（LIUIW）陆军速度:Ma=l5.0射程:2775km助推滑翔：两级固体火箭发动机+无动力滑翔3.01(5.001)2023财年原型机部署空射型快速响应武器计划（ARRW）空军速度Wa=6.5-&0射程：1609k“i助推滑翔:火箭发动机无动力滑翔2.38(1.441)2022财年具备早期作战能力高超声速攻击巡航导弹空军吸气式巡航：固体火箭发动机助推+邢燃发动机2.00(2.001)2023财年完成关键设计评估战术助推滑翔计划（TBG）DAKPA速度：”“

6、=9.010.0射程：100(2000km助推滑翔:火箭发动机+无动力盘翔0.50(0.671)2022财年继续测试作版火力计划（OpFire）DAKPA速度：Mo=9.0射程”0007800km助推滑翔：第一级为固体火翦发动机.第二级为推力可调火箭发动机+无动力滑翔0.45(0.05t)2022财年完成关键设计鲜他卷超声速吸气式武器概念计划（HAViC）DARPA速度：M，=5.06.0射程：1000km吸气式巡航：碳氢燃料邠燃冲压发动机0.10(0.101)2022财年完成最终讨估南十字星琮合飞行研究试验H划（SCMiRE）国防部（澳大利亚）速度:Mi5.0吸气式超增冲压发动机0.45(0

7、.0751)2022财年完成第阶段初步设计评估注：表中个和分别代表与2021财年相比较增加和减少的预算经费。回表2美国其它高超声速武器计划基本情况表计划名称主管单位承研单位用途动力形式备注速飞机SR-72空军洛马公闺执行侦察和打击任务并联式THCC两各气动布局较接近，只是发动机以上下和左右并我形式不同而已岐塔（Manta）空军波音公司执行侦察和打击任芬并联式TRCC:Viinrtrhorse)空军赫米尔斯（Henneus执行总统/要儿运输、情报-监视-侦察HSK）和其它可能的作战任务来川航空咨料的新取IBCC空军近卜年来认可的百款高照声速行验证机项II天地往返可复用空大武器X-37B空军波音公

8、司探索研究空间快速响应作战能力火箭发动机人类首架太空战斗机试验性空天飞机（XSP）DARPA波音公司以低发射成本将商用和军用相关的行效载荷送人近地轨道和亚轨道液体火箭发动机受“猎鹰火笳为代表的可复川火箭技术进步的影响.2020财句后未扶得军方刖讦支持超出速行试验平令X-60X考蟠荚国时代轨道发射服务（CC）公山满足军方对高超声速武器开展低成本多频次飞行试验的需求液体火箭发动机该领域下个获得X系列叫证机编号的项目Talon-./ZF流层发射系统公司平流层发射系统公司踏准美国军方需求，计对商趣声速先行试验市场提照布局的项目吸气式液体火箭发动机在之前小pvz研IMH划的基砒上提出高频次低成本高超声速

9、行试验平台（H、KAX）空军空军研究实验室开展高加次.低成札长航时的高超山速g行西2016年发市2.2 俄罗斯俄罗斯的高超声速武器计划紧密结合其经济实力，在继承苏联相关技术力量的基础上发展较为务实，重点发展高超声速导弹，稳步推进高超声速飞机，择机发展天地往返可复用空天武器，俄罗斯高超声速武器计划基本情况如表3所示。团表3俄罗斯高超声速武器计划基本情况表计划名称特点性他参数用途动力形式备注高超声速号弹丸铐助推滑翔曲了,速度:”=20.0肘程:6000km突破世界上所有防空及反导系统.对目标实施拈询打击两级火箭发动机已处于成备值班状态,但其最终使用的萨尔玛特载具尚未正式投入使川饴石潜射或空基巡航飞

10、行速度:“。=9.0在度:3。40km射程：1000km摧毁航母群和打击陶基目标同体燃料火箭发动机超燃冲压发动机2021年完成所*海新国家测试后续还将进行空中平台测试匕首空射型用道铮弹速度:V=100高度：18km时程:2000-300()km摧毁存弹防御系统,攻击地面目惊和海上舰船目标固体火箭发动机由伊斯坎德尔导弹改型而来已完成部署离超声邃儿图-2000针对NASP计划梃出TBCC苏联解体后停止4*无人械技术验证机六代机考虑高超声速无人作战,待证实空大往返可纪用空天武器鹰开展军用飞机与天地往返系统的试验研究启动较早.在飞行器总体、气动,材料与结构等方面取得较大进展，无后续消息铁锤高招出速无人

11、&行器对轨道级的布局和结构、冲压喷气发动机膨胀喷管加力特性进行研究近几年批露.第二阶设作针对天地往返可受用空天武器3美俄高超声速武器动力技术发展基本情况目前，美俄针对高超声速武器发展的动力技术主要有四类，一是火箭动力技术，发展较早，相对较成熟，主要用于助推高超声速武器至高超声速飞行状态，并视任务需要保持高超声速飞行，高超声速助推滑翔弹、高超声速巡航弹、天地往返空天武器都将使用火箭动力技术；二是吸气式超燃冲压发动机技术，处于攻关阶段并将有突破性进展的技术，发动机在高超声速飞行状态下从大气中汲取氧气，不需要携带沉重的氧气罐，因而可以使武器更小、更轻、更快，高超声速巡航弹、高超声速飞机、天地往返空天

12、武器都是潜在的应用对象；三是组合动力技术，最具潜力且发展势头最强劲的高超声速武器动力技术，结合高超声速武器不同飞行阶段的特点，组合利用各种动力装置的优势，实现效率与经济最优化。高超声速飞机和天地往返可复用空天武器未来都将优先考虑使用组合动力；四是新概念动力技术，处于原理探索和初期技术验证阶段的技术，主要利用物理概念和原理上的突破，实现新型高超声速动力的维持与突破，在高超声速导弹、高超声速飞机和天地往返空天武器上都有潜在的应用价值。3.1 火箭动力技术火箭动力技术是发展最早且应用最多的高超声速武器动力技术，上文介绍的高超声速武器中，高超声速助推滑翔弹在进入滑翔阶段之前使用的是火箭动力，高超声速巡

13、航弹不管是空射型、潜射型还是地面发射，在冲压发动机工作之前仍需部分使用火箭动力，高超声速飞机的组合动力也有多种以火箭动力为基础的动力形式，垂直起飞的天地往返可复用空天武器对火箭动力也有较强的依赖。尽管如此，但火箭动力的不可复用性导致运行成本过高，长期以来是其不可回避的弱点。因此，近年来国外大力发展可复用火箭运载技术,以降低运行成本。发展最为成功的是美国SpaceX公司的“猎鹰-9运载火箭，其2011年开始发展运载火箭垂直回收和重复使用技术，2017年首次利用回收的火箭一子级进行发射，成功实现火箭复用。在这期间，美国蓝色起源公司的NewShepard火箭也实现了对一子级的海上平台可控垂直回收。两

14、家公司的不同之处在于回收过程中前者采用栅格翼，而后者采用气动舵面实施气动控制。另外，俄罗斯也在本世纪初开始研制一种先进的可复用安加拉系列运载火箭，这种新型火箭的一子级安装有两台RD-35R发动机，发动机在一子级与二子级分离并返回到30km高度时开始工作，使一子级返回发射场而实现可复用。该一子级按照设计要求最少能重复使用10次。可复用运载火箭的关键技术包括再入导航与控制技术、着陆机构设计、热防护技术、可复用火箭发动机技术等。火箭动力技术近年来发展的另一个方向在于固体燃料。长期以来，火箭发动机的燃料多以液态氢或碳氢化合物气体燃料为主，而使用固体燃料的发动机具有结构简单、成本低、作战反应时间短、机动性好、能量密度高等优势，因而也逐渐引起了国内外学者的高度关注