西方吸气式高超音速武器(二):驭波前行
毫无疑问,X-51A“乘波者”是西方最著名的高超音速武器项目。即使在项目终结十年以后,它仍然是许多人提到“高超音速武器”时的第一印象,而X-51A项目的遗产时至今日仍对高超音速领域有着深刻的影响。
ARRMD
海湾战争中,美军的“战斧”巡航导弹可谓出尽风头;但盛名之下,是严重缺乏的对时敏目标的打击能力:以亚音速飞行的巡航导弹跨越几百公里需要几十分钟,时敏目标早就消失的无影无踪了。
天下武功,唯快不破。在海湾战争结束五年后的1996年,DARPA提出了“可承受成本快速反应导弹(ARRMD)”。导弹要求使用液态碳氢燃料,在七分钟内跨越至少400海里(740.8公里),以4000英尺(1219.2米)每秒的速度把一个250磅(112.4克)的战斗部投送到目标上,误差不超过35英尺(10.67米)。战斗部是模块化的,可选择子弹药战斗部,一体式高爆战斗部,或动能侵彻战斗部。导弹适配战术飞机,战略轰炸机的内置弹舱,还有海军的VLS。导弹可以在无需维护的情况下储存十年,空射型的价格不超过二十万美元(以1998财年计算),预期的订单是3000枚。
波音公司为ARRMD提出了两个方案。其中的空军方案使用超燃冲压发动机,辅以两个固体火箭助推器,利用弹体的乘波体外形在高速飞行时产生升力。
助推器布置有点抽象X-51A
2003年,美国空军基于ARRMD的成果,开启了SED-WR(超燃冲压发动机演示器-乘波器)项目。前文提到的波音方案也自然而然得到了发展,并在2005年被命名为X-51A。
厂房中的X-51AX-51A长25英尺(7.62米),重4000磅(1814千克)。它的主体由波音研制,发动机则使用了普惠公司的SJX-61-2;而助推器则是ATACMS导弹上的成熟设计,相比ARRMD采用了更传统的布局。计划中,X-51A将首先由担负测试任务的B-52轰炸机挂载至50000英尺(15240米)高空释放,由助推器将其推进至4.5马赫,达到超燃冲压发动机启动需要的速度,而后助推器分离。超燃冲压发动机总共工作300秒,推动飞行器达到6马赫以上的速度。发动机启动时燃烧JP-7燃料与乙烯的混合物,之后过渡到燃烧纯JP-7。
X-51A作为试验飞行器,并不搭载战斗部SJX-61-2发动机侧视图屡败屡战
波音共建造了四枚X-51A验证机。2010年5月6日,X-51A进行了首飞。一切按计划进行,直到测试人员开始丢失飞行器的遥测信号,并被迫启动自毁程序,这导致发动机仅仅工作了140秒,飞行器速度达到了5马赫。事后调查发现飞行器密封问题导致发动机的热量渗透进机身,最终切断了与地面的通信。尽管如此,此次试验仍被认为取得了95%成功。
2011年6月13日,X-51A第二次试飞。发动机本身的表现依旧无可指摘——甚至超过了预计推力。唯一的问题是乘波体以高超音速飞行产生的激波导致进气道无法启动,发动机工作无以为继。由于缺少高超音速风洞,进气道的设计此前仅经历过模拟计算。
在尾翼故障导致第三次试飞彻底失败后,2013年5月3日,X-51A在最后一次试飞中在六分钟内飞行了230海里(425.96公里),速度达到了5.1马赫。尽管这并未达到计划中的性能,甚至没能突破30年前ASALM的5.4马赫记录,但美国空军仍认为试飞取得了成功。
B-52机翼下挂载的X-51AX-51A的成果影响了美国后续的HAWC,HACM等项目,同时也影响了他国高超音速武器的研发。俄印联合研发的“布拉莫斯-2”,韩国的“Hycore”均采用了乘波体与超燃冲压发动机的设计。