未来战场的倚天剑：高超声速飞行器,本文是有关未来硕士学位毕业论文范文跟高超和未来战场和声速方面硕士学位毕业论文范文.
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自古以来,人类始终有一个梦想：可以像小鸟一样在天空自由翱翔,甚至是飞向遥远的太空.近年来,随着高超声速飞行器的快速发展,人类向自由来往太空的梦想又迈进了一大步.
在美国公布的2017财年预算中,高超声速武器投入大幅增长,目的是实现在一小时内打击地球上的任何目标.俄罗斯更是早在2016年3月便透露,“锆石”高超声速巡航导弹成功完成了一次试射,并计划于2020年完成研制工作.
什么是高超声速飞行器
那么,什么是高超声速飞行器呢？它是指飞行速度超过5倍声速的飞机、导弹之类的有翼或无翼飞行器.简单来说,这种飞行器从美国纽约飞到北京,用时不超过2个小时.毋庸讳言,这么快的飞行器当然蕴涵着巨大的军事价值,可以说是战场上的“倚天剑”.有了这种速度优势,无论是突防、侦察还是扩展战场空间,都能轻松搞定.
早在第二次世界大战期间,德国科学家为满足希特勒“跨过大西洋轰炸美国”的设想,就曾设计出一种名为“银鸟”的飞行器.这种飞行器采用火箭发射升空,直接冲向大气层外,在达到极高的速度后,以特定角度撞向大气层并在大气层中滑翔,犹如在大气上冲浪,一旦速度、角度合适,飞机会被几次反弹后再抛出大气层.当时的设想是,“银鸟”飞到美国上空投掷炸弹轰炸目标后继续飞行,最后着陆在日本控制的太平洋岛屿上.可以说,“银鸟”飞行器是现代高超声速飞行器的雏形.
二战后,当时还在美国的著名科学家钱学森,在研究从德国缴获的技术资料后提出,只要有足够先进的热防护技术,就能让飞行器在特定的高度层以高超声速持续滑翔飞行.根据这个理论,钱学森后来设计了高超声速滑翔飞行弹道,也被称为“钱学森弹道”.
高超声速飞行器具有飞行高度高、速度快、探测和拦截难等优点.美国的“全球快速打击系统”就是设想利用高超声速飞行器在一小时内攻击全球任何目标.要发展高超声速飞行器,必须解决好高性能动力推进系统和热防护等核心关键技术问题.目前,各国发展高超声速飞行器,主要是运用超燃冲压发动机和脉冲爆震发动机这两种动力系统.超燃冲压发动机被认为是继螺旋桨和喷气机推进之后的“第三次动力革命”,适应范围为5~16马赫（1马赫即1倍声速,相当于1225 千米/小时）,由进气道、燃烧室、推进喷管三部分组成,直接从大气中吸收氧气作为助燃剂.所谓冲压,就是迎面吸进的高速气流在进气道内被迅速扩张、减速、增压的过程,当气压和温度升高后,气体进入燃烧室与燃料混合燃烧并膨胀加速,由喷口
高速排出,产生推力.这种发动机质量轻、飞行成本低、可控能力强、安全性能好,可长时间使用,是实现高超声速飞行的理想动力装置.脉冲爆震发动机适用于所有尺寸和所有速度,尽管在50千米以上时需要使用氧化剂,但由于应用范围更广泛、更具革命性,已成为当前世界各国发展高超声速飞行器的热点技术.
发展高超声速飞行器过程中的另一个难题,就是气动加热问题,即所谓热障.由于飞行器飞行时周围空气温度急剧升高,形成剧烈的气动加热环境,使一般飞行器结构无法承受.为克服热障,必须精心设计飞行器的飞行轨道和气动外形,以在不影响或较少影响飞行器性能的情况下,尽可能降低进入飞行器的热流.目前,克服热障的技术手段,主要有热沉防热、辐射防热、发汗冷却防热和烧蚀防热等方法.
随着科技的不断发展,高超声速技术已从概念和原理探索阶段进入了以高超声速巡航导弹、高超声速飞机和空天飞机等应用的技术开发阶段,世界各国都在高超声速技术的军事应用上展开了激烈角逐.2016年,时任美国国防部长的阿什·卡特在给国会质询听证的书面答复中明确表示,美国将在2018~2022年率先为欧洲司令部和太平洋司令部提供高超声速全球快速打击装备,其他战区则在“2022年以后再列装”.
高超声速巡航导弹
高超声速巡航导弹已成为实施现代战争远程精确打击的重要武器,目前正在向高速度、高精度、隐形化的方向发展.美国正在研究发展的X-51高超声速巡航导弹长约3.5米,速度5马赫,经B-52轰炸机带到10668米的高空发射,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高超声速巡航导弹肩负着实现“全球快速打击系统”的重任,美国的最终目标就是要将它发展成为可以在一小时内攻击地球任意位置目标的新武器.除此之外,2016年,美国国防部高级研究计划局和美空军联合主管的“高超声速吸气式武器概念”和“战术助推滑翔”两个战术级高超声速导弹演示验证项目授予了洛马和雷神公司,预计将在2019年实现首次试飞.
法国的航空航天研究院和宇航-马特拉公司正在开展“普罗米修斯”计划,目的是研究一款空射型高超声速空地导弹,该型导弹弹长6米,总发射质量为1700千克,航程大于1000千米,最大速度可达8马赫.德国正在研制的高超声速导弹的飞行速度约为6.5马赫,采用高能、高密度的吸热型碳氢燃料超燃冲压发动机,惯性加全球定位系统复合制导,射程为1000千米左右,命中精度在15米以内.
2016年,俄罗斯完成了“锆石”高超声速巡航导弹首次试射活动,该型导弹射程约400千米,速度5~6马赫.不过,这次试射是在陆地进行的,俄方估计将于今年完成全部测试,2022年进入服役.2016年4月和10月,俄罗斯“4202项目”成功完成了两次战略级高超声速助推滑翔飞行器试飞,首批20枚弹头有望在2020~2025年列装.
印度以引进和自主两线并行方式推进战术级高超巡航导弹研制,但进展较为缓慢.与俄罗斯合作研制的6~7马赫级的“布拉莫斯”Ⅱ高超声速巡航导弹目前正在进行初步设计工作,前景不明朗.同时,印度国防研究与发展组织自主开展的“高超声速试验验证飞行器”项目正在推进,该飞行器计划飞行高度为30~40千米,巡航速度为7马赫.
高超声速飞机
高超声速侦察机是一种新式侦察机,速度可达5~9马赫,航程超过2000千米,有人或无人驾驶.相比传统意义的侦察机,它的侦察变得更容易、更安全.美国正在研发的“曙光女神”高超声速侦察机,是SR-71“黑鸟”战略
侦察机之后新一代战略侦察机.该型机涵盖完整的侦察系统并可携带在超高至临界空域的新型武器,集情报收集、侦察、监控、打击等诸多功能为一体,最高飞行速度将达到6马赫,是SR-71高速高空侦察机最大飞行速度的两倍,也是目前第四代战斗机最大飞行速度的三倍,甚至比一些常见的导弹还要快,堪称当前人类制造的“最快飞机”.因为速度优势,高超音速飞行器对当前的世界各国的防空系统带来极大挑战,一些著名的地空导弹,如美国的“爱国者”、俄罗斯的S-400甚至无法追上这种飞机,也无法拦截和击落它.
另一类高超声飞机是高超声速轰炸机,它具有攻击范围大、作战灵活等特征.据报道,美国正在研制的高超声速隐形战略轰炸机B-3,飞行高度大于30千米,速度达到5~6马赫,航程大于11100千米,载弹量或超过B-52,能把炸弹投到地球上任何地点并能返回原起飞点,不需中途加油或在国外设置前进基地,具有跟踪地形及抗核能力的机载雷达,可在高超声速情况下使用远程导弹或激光波束武器.由于飞行高度高、速度快、侧向机动性好,目前的防空武器很难发现和击落它.美国计划于2030年左右替代目前使用的B-2隐形轰炸机.
高超声速无人机现在也在异军突起,它将一改过去无人机速度较慢的特点,飞行速度能达到12~15马赫,飞行高度26~38千米.这种无人机可以快速到达目标地点,向后方传出最新的战场态势,还能装载侦察设备和精确制导武器,以用于侦察和攻击重要目标、执行战场毁伤评估与侦察等任务.
高超声速空天飞机
空天飞机能像普通飞机一样水平起飞,在30~100千米高空的飞行速度为12~25马赫,可以直接加速进入地球轨道,成为航天飞行器.返回大气层后,可像飞机一样在机场着陆,成为自由地往返天地之间的运输工具.在有空天飞机这个概念之前,航空和航天是两个不同的技术领域,飞机和航天飞行器分别在大气层内、外活动；航空运输系统是重复使用的,航天运载系统一般是不能重复使用的.空天飞机一旦成功,能够达到完全重复使用和大幅度降低航天运输费用的目的.
目前,空天飞机在动力、武器系统、具体作战领域等方面仍处于研究探索阶段,技术还不是很成熟,也尚未投入使用.美国、俄罗斯、日本和德国等国都在加紧研制空天飞机.美国的“猎鹰”计划、X-37B、X-43,正在进行技术验证和工程机理研究,距离实战应用还有一段曲折的路要走.X-37B已进行了4个架次的飞行.其中,第一架X-37B“轨道试验飞行器”,于2010年4月23日从美国佛罗里达州的卡纳维拉尔角空军基地发射升空,同年11月3日在范登堡安全着陆.第二架X-37B于2011年3月5日被送入低地球轨道,在空间运行469天.第三架X-37B于2012年12月升空,现在已经完成了轨道任务.第四架X-37B“轨道试验飞行器”于2015年5月21日执行在轨飞行任务,任务的重点已转为对试验性载荷的测试.
X-43系列高超声速飞机是美国国家航空航天局（NASA）秘密研制的无人驾驶空天飞机.2001年,首次试飞失败,2004年进行的两次试飞均获得了成功.2014年4月,美国国家航空航天局在加利福尼亚州的爱德华空军基地对外展示了X-43模型.该型空天飞机小巧玲珑,看上去很像一块漂亮的冲浪板.近两年美国国防部高级研究计划局又提出一项名为“XS-1”项目,计划于2018年首次发射这款新型空天飞机.
总的来看,高超声速飞行器将使未来战场的作战方式发生重大改变,以高新技术为支撑的高超声速武器的发展和运用,必将对现有的作战理论、作战方式和武器装备发展产生革命性影响,从而使战争进入快速打击时代.
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