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X-51A 超燃冲压发动机及飞行验证计划

时间:2010-10-16 08:03:52  来源:  作者:

国家空天飞机计划(NASP)在20 世纪90 年代中 期终止后,其中的高超声速技术(HyTech)计划由空 军继续投资进行实施,但降低了技术标准。HyTech 计 划框架内的可贮存燃料超燃冲压发动机流道概念 (SFSFC)计划始于1995 年,于1999 年又更名为碳 氢燃料超燃冲压发动机技术(HySET)计划。国防部 预研局(DARPA)看到国家对未来高速武器的需求,于 1997 年开始介入高超声速技术领域。2002 年,DARPA 和海军在高超声速飞行验证计划(HyFly)中投资该项 目。空军竭力推进HyTech 项目的开发,并与美国国家 航空航天局(NASA)达成协议,利用在Hyper-X 飞行 器中的X-43C 飞行器对HyTech 发动机进行飞行试验, 但在2003 年,NASA 取消了X-43C 计划。空军则用自 己的经费继续进行此项研究,并启动了单一发动机演 示器计划,对HyTech 超燃冲压发动机进行飞行实验, 恢复ARRMD 中的乘波体方案。2005 年,DARPA 与 空军共同资助该项目,称为超燃冲压发动机演示器 (SED)。2005 年7 月,空军将该计划列入X-Plane 系 列中,命名为X-51A SED 飞行器。X-51A 中的字母“A”表示是X-51 飞行器系列中的第1 个飞行器的设计方 案。
X-51A 计划由多家政府机构和商业公司共同参与 (见图1)。DARPA 的战术技术办公室(TTO)提供辅 助的管理和技术支持,并为项目提供部分资助。 DARPA 和空军为项目提供2.46 亿美元的资金,在 2003~2010 年分配使用。

1 X-51A 飞行器 X-51A SED 飞行器由巡航体、级间段、助推器组 成(见图2)。HyTech 发动机试验所用的飞行器是 ARRMD 计划研制的短的乘波体机身发展而来,发动 机流道包括一个自启动进气道(马赫数为7 的激波贴 口)和与飞行器一体化的二维喷管。机身由波音公司 Phantom 工厂制造,PWR 制造的发动机安装于机身上。 助推器是经洛克希德·马丁公司(Lockheed Martin) 改造的陆军战术导弹(ATACMS),用它将飞行实验组 件加速到超燃冲压发动机启动速度,然后分离。级间 段是几个气流可通过的管道,它使超燃冲压发动机的 进气道在助推过程中处于启动状态,并通过气动加热 的方式在发动机点火之前对燃料进行预加热。在助推 器分离之后,AVD 飞行器的巡航体和级间段分离,之 后,巡航体由超燃冲压发动机飞行器基体结构采用传统金属材料,覆盖在基体 表面的是轻质热防护泡沫材料和陶瓷瓦(见图3)。机 身框架和隔板由铝合金制造,涂有着二氧化硅防热涂 层的钨头部(鼻帽)可承受鼻锥的高热载。巡航体和 级间段的蒙皮都采用铝合金制造,助推器上4 个可拆 卸的可动舵也是采用铝合金制造。另外,助推器上安 装的2 个铝合金水平舵,用在助推过程中维持飞行的 稳定。超燃冲压发动机的主结构是用燃料冷却的薄壁 Inconel 合金板件结构,巡航体的4 个可动小翼也是由 Inconel 合金制成,翼前缘采用碳/碳复合材料的结构。 少量的钛合金仅用于级间段流道结构和助推器尾部, 助推器蒙皮保持原样由钢制成。推动进行自主飞行。

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