X-51A破浪者,即X-51A乘波者飞行器,是美国空军研究实验室(AFRL)与国防高级研究计画局(DARPA)联合主持研製的超燃冲压发动机高超音速验证机——代号:乘波者(SED-WR,Scramjet Engine Demonstrator-Waverider)。
该飞行器由波音公司与普拉特·惠特尼(简称普惠)公司共同开发,由一台JP-7碳氢燃料超燃冲压发动机推动,设计飞行马赫数在6~6.5之间。
这个计画的终极目标是要发展一种比美国现有武器库中任何一种飞弹的速度都要快5倍以上,可以在1小时内攻击地球任意位置目标的新武器。
基本介绍
- 中文名:X—51A破浪者
- 外文名:SED-WR,Scramjet Engine Demonstrator-Waverider
- 开发:波音公司与普拉特·惠特尼
- 即:X-51A乘波者飞行器
事件来历
美国空军公布的视频画面显示,一架B-52型轰炸机从爱德华兹空军基地起飞后,将“乘波者”运载至太平洋上空约1.5万米处将其释放。然后,“乘波者”依靠固体火箭推进器在26秒时间内加速至4.8倍音速。与推进器分离后,“乘波者”启动超燃冲压发动机,冲上约1.8万米的高空,速度达到5.1倍音速,飞行了约3分半钟。
相关优点
乘波构型具有以下优点。
(1)乘波构型的上表面与自由流平行,所以上表面的压差阻力较小,而下表面在设计马赫数下受到一个与常规外形一样的高压。
(2)飞机下表面在激波后的高压不会绕过前缘泄漏到上表面,波后高压与上表面低压之间没有压力沟通,这使乘波构型和普通外形相比具有很高的升阻比。
(3)来流经激波压缩后,沿着压缩面的流动被限制在前缘激波内,形成较均匀的沿下表面流场,可以消除发动机进口处的横向流动,利于提高吸气式发动机的进气效率,同时使得这一构型便于进行弹体/发动机/进气道一体化设计。
(4)由于上下表面没有压力沟通,飞行器上表面和下表面的流场不存在干扰问题,上下表面可以分开处理,有效地简化了飞行器的初步设计和计算过程。乘波构 型与超燃冲压发动机的一体化设计可以得到性能优越的高超声速乘波飞行器 耐热技术 为了适应高超声速的飞行以及从空间直接再人大气层的飞行,飞机的表面要能承受高达4500℃的高温。为此,整个机体涂覆了一层耐热烧蚀材料,特别在验证机的腹部覆盖了与太空梭一样的隔热瓦 超燃冲压技术 X-51A採用的是吸气式超燃冲压发动机,与採用火箭发动机相比,其效率更高、航程更远,所携载荷也更重。由于这种发动机从空中吸收氧气来保持推进,不需要像火箭发动机那样必须同时携带占据非常大发射重量的燃料和氧化剂。此外,因为超燃冲压发动机只有很少的活动部件,所以,即使在非常苛刻的工作环境内,它们的工作至少与涡轮发动机一样可靠。
X-51A成本很低,比相当于一枚小型运载火箭的远程乃至洲际弹道飞弹低得多;经济,方便量产,生产工时相对较短;远程弹道飞弹很少的数量,生产补充慢,非常小的战斗部重量,如果使用常规弹头,投射的火力太可怜,对敌破坏太小,除非使用核弹头。 常规弹道飞弹没有精确打击能力,没有精确斩首能力,没有攻击敌有厚实岩层防护的地下重要目标的能力,而X-51A高超音速巡航飞弹,具有精确打击能力,对于地下重要目标,有后弹精确命中轰击前弹弹坑的能力,钻透防护岩层,最后一弹精确沿着前弹们炸出来的通道进入地下,这样就可以炸毁敌重要地下目标。 另外,X-51A攻击的隐蔽性能远比弹道飞弹强,弹道飞弹刚一发射,类似运载火箭一样巨大的尾焰,巨大的红外特徵让敌卫星看得清清楚楚,并且能够清晰判别飞弹的弹道,给出预警时间,方便敌人做出充分準备,而X-51A高超音速巡航飞弹发射时隐蔽性要强得多,大大加强了攻击的突然性,攻其不备,此外,高超音速巡航飞弹也没有固定的弹道和将来要飞行的轨迹供敌判别。 纵观人类历史,那些最有效地从人类活动的一个领域转入另一个领域的国家,总能获得巨大的战略优势。有了即时全球打击能力,美国就无需预先派遣大量兵力进行全球部署,就可以直接从本土、前沿基地、海上平台、空中平台,甚至太空平台对目标实现近实时精确打击。面对这样的战争情景,传统的作战制权概念必将受到冲击,作战重心向近地空间和外太空的转移,作战原则、作战方法乃至整个军事思想将发生重大变化。争夺制天权,将成为未来战争的主战场。 超音速燃气冲压发动机问世,使太空飞行器运动速度动辄就达到5倍、7倍以至数10倍音速,不受地球曲率的影响,不受地形的限制,更便于瞄準射击,地球上任何目标也无法逃脱它的打击。由太空武器平台对陆、海、空各军种力量遂行近实时支援,甚至把太空武器平台作为联合火力打击和机动的主导力量将不再是构想。联合作战将加速向陆地、海洋、空中、外层空间、电磁和网路等全维空间发展,联合作战条令将再次被改写,陆、海、空、天、电、网一体化联合作战将在未来战争中出现。 20多年来,美国视为战场利器的战斧巡航飞弹平均时速仅为880公里,而装有超音速燃气冲压发动机的飞行器,均速将达到每小时6000以至7000公里以上。在即时全球打击能力控制之下,战争进程很可能将不会用月、天来衡量,而是用小时、用分钟来衡量。超音速

燃气冲压发动机的问世正在推动战争进入“读秒”时代,时间因素将处于众多作战制约因素之首,瞬间决定战争胜负已经不再是危言耸听。 技术进步在增强美国军事优势的同时,世界会变得更加安全吗?为此,应当未雨绸缪,早思应对之策。改变,不仅仅源于技术创新,更源于敢于和善于突破传统的眼光和魄力。毫无疑问,形势逼人,我们需要更多“仰望星空”的人!
详细推论
美国20世纪90年代启动的“全球敏捷打击”计画自推出以来一直处于低速发展过程中,眼下该计画开始迅速升级,他们从改造“三叉戟”飞弹开始,正在推出一系列先进攻击武器概念,包括新一代的飞机、无人机和飞弹。其中,X-51A高超声速巡航飞弹就是一种比美国武器库中任何一种飞弹的速度都要快的全球打击武器。可以在1小时内攻击地球上任意位置上的目标。 X-51A是美国正在研製中的另一种全球高速摧毁武器,被称为“乘波者” (WaveRider)。它是一种从B-52轰炸机上发射的巡航飞弹,由助推火箭加速到超声速,再利用冲压发动机使其达到高超声速。 X-51飞弹的设计的独特技术作为乘波者(Waverider,又译驭波者、波行者)的X-51A,机体外形有一个扁平的头部、弹体中部设有4片可以偏转的小翼(襟翼),进气道在腹部。其设计原理主要是从一个给定的、有激波系的三维超声速流的解析解或数值解的流面中,沿着流线切割出一个尖顶三角外形的锥形体作为飞行器的外形,由此得到的乘波飞行器构型是一种在其所有的前缘都具有附体激波的声速、高超声速飞行器构型。 X-51飞弹採用了乘波构型设计概念,通过专门设计的尖锐头部,可以形成按精确角度分布的激波系,使激波系产生的所有压力直接作用在飞弹下方,从而为飞弹提供升力。同时,头部形成的激波系还能起到压缩空气的作用,有助于X-51发动机的燃烧过程。 根据公布的性能指标,X-51头部扁平,充分考虑到高速飞行时的空气动力学需求,外形借鉴了宇宙飞船和巡航飞弹的特点。弹体由镍合金製成,长约3.5米,重量和体积都与一般的飞弹差不多,可任意搭载到轰炸机或战斗机上,是一种标準的空对地巡航飞弹。但它的速度又让它有别于其他巡航飞弹。 它的设计飞行速度为马赫数5.0(近6000千米/小时),将是世界上第一个能够达到如此高速度的空射巡航飞弹,以前,只有弹道飞弹和宇宙飞船才能达到这种速度。这意味着,飞弹从阿拉伯海到阿富汗东部可能仅需要20分钟。也几乎可以在一小时内对地球上任何一处目标实行精确打击。X-51将是世界上第一个能够达到如此高速的空射巡航飞弹,以前,只有弹道飞弹和宇宙飞船才能达到这种速度。X51採用超燃冲压发动机验证机(SED-WR)。该验证发动机长26英尺,4000磅,採用碳氢燃料。飞弹藉助自身的动能摧毁目标。乘波构型设计有助于X-51发动机的燃烧过程。
团队获奖
日前美国新研发的高超音速飞行器X-51A“驭波者”研发团队,被美国航空航天协会授予国家奖章,获奖声明称:X-51A的试飞成功对美国的航空界有划时代的意义。X-51A可达5.1倍音速,即每小时能够飞5300多公里。它已被美军列入了“一小时打遍全球”的武器库当中。
总体评价
X-51A飞行器与巡航飞弹比较有三大优势:
X51A高超声速飞行器

反应速度快,亚音速巡航飞弹打击1000公里外目标需要一个小时,而X-51A只需不到10分钟;
突防能力强,现有的巡航飞弹主要依靠超低空飞行和隐身技术来突破敌方防御,由于速度慢,暴露后易被拦截,而对于在高空飞行的X-51A来说,现有的防空武器对它基本无计可施;
破坏威力大,X-51A有着惊人的动能,面对钢筋混凝土的打击目标,它也能钻进去10余米,特别适合打击深埋于地下的指挥中心等坚固目标。