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印度正在開發(fā)一種本土的的高超聲速巡航導(dǎo)彈

軍工資源網(wǎng) 2022年04月13日

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前言:印度正在開發(fā)一種本土的的高超聲速巡航導(dǎo)彈,“高超聲速技術(shù)驗證飛行器”(HSTDV)作為該計劃的一部分,在2020年9月成功測試,標(biāo)志著印度的吸氣式高超聲速技術(shù)邁出了重要一步。未來,印度計劃將高超聲速發(fā)動機(jī)技術(shù)用于低成本發(fā)射衛(wèi)星和發(fā)展高超聲速巡航導(dǎo)彈。


發(fā)展歷程

“高超聲速技術(shù)驗證飛行器”(HSTDV)是由印度國防研究與發(fā)展組織(DRDO)下屬的國防研究與發(fā)展實驗室(DRDL)開發(fā)的用于高超聲速飛行試驗的超燃沖壓發(fā)動機(jī)技術(shù)驗證機(jī),也是印度高超聲速巡航導(dǎo)彈開發(fā)計劃的一部分。HSTDV計劃的目標(biāo)是開發(fā)地面和飛行測試硬件,最終在32.5km的高度實現(xiàn)6Ma的飛行速度。

2000年,DRDO啟動了HSTDV的相關(guān)工作。2003年,DRDO開始了HSTDV的可行性研究。2004年,DRDO完成了HSTDV的初步設(shè)計工作。2007年2月,在印度航空航天展覽會上首次展出了HSTDV模型。2016年,DRDO宣布將在年底進(jìn)行測試,但是計劃被推遲了。

2019年6月12日,DRDL在阿卜杜勒·卡拉姆島基地的綜合試驗靶場4號發(fā)射臺進(jìn)行了HSTDV的首次飛行試驗。按照原計劃,HSTDV搭載在“烈火-1”固體火箭助推器上,在飛行至30~40km高空后與助推器分離,并啟動超燃沖壓發(fā)動機(jī),以6Ma的速度飛行。DRDO在試驗后發(fā)表聲明稱,這次試驗成功驗證了超燃沖壓發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵技術(shù),并取得了關(guān)鍵的試驗數(shù)據(jù)。不過之后的媒體報道顯示“烈火-1”固體火箭助推器并沒有將HSTDV送到預(yù)期的高度,測試未完整進(jìn)行。

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HSTDV飛行示意圖

2020年9月7日,DRDO再次開展了HSTDV的飛行試驗,成功展示了高超聲速超燃沖壓發(fā)動機(jī)技術(shù)。HSTDV搭載在固體火箭助推器上,在上升到30km的高度時,整流罩分離,隨后HSTDV分離,超燃沖壓發(fā)動機(jī)成功點火。在持續(xù)高超聲速燃燒20s后,HSTDV達(dá)到6Ma的速度。在試驗中,多個跟蹤雷達(dá)、光電系統(tǒng)和遙測站監(jiān)測了飛行器的相關(guān)參數(shù)。

這次試飛成功驗證了用于高超聲速機(jī)動的氣動構(gòu)型、超燃沖壓發(fā)動機(jī)的點火和高超聲速流動下的持續(xù)燃燒、高超聲速分離機(jī)制以及高溫材料的熱結(jié)構(gòu)特性等關(guān)鍵技術(shù),也展示了印度超燃沖壓發(fā)動機(jī)燃油噴注和自動點火等技術(shù)的成熟。

2020年9月,HSTDV成功完成飛行試驗


設(shè)計開發(fā)

HSTDV的結(jié)構(gòu)如下所示,橫截面為扁平八角形,機(jī)體中部裝有一對短翼,機(jī)體后部裝有傾斜垂直尾翼。進(jìn)氣道橫截面形狀為矩形。機(jī)體下表面、機(jī)翼和尾翼由鈦合金制成,而機(jī)體上表面由鋁合金復(fù)合材料制成。

HSTDV的3D模型


2003年9月,DRDO進(jìn)行了HSTDV的可行性研究,研究發(fā)現(xiàn)超燃沖壓發(fā)動機(jī)的燃燒室溫度范圍在2227~2527℃。因此,DRDO確定了兩種耐高溫材料,即C-263鎳基合金和C-103鈮基合金。在最初的開發(fā)過程中,DRDO計劃將C-103材料用在燃燒室內(nèi)層結(jié)構(gòu),將C-263材料用在外層結(jié)構(gòu),然而在采用了TIG焊、電子束焊、擴(kuò)散鍵合等方法后均不能成功焊接兩種材料。在中期開發(fā)過程中,DRDO減小了HSTDV的設(shè)計寬度?;谶@種設(shè)計,之后的超燃沖壓發(fā)動機(jī)燃燒室使用C-263合金制造。

2005年,DRDO在印度科學(xué)研究所(IISc)的超聲速激波風(fēng)洞HST4中測試了全尺寸超燃沖壓發(fā)動機(jī)燃燒室(如下圖所示)的氣動特性。其中矩形截面的入口尺寸為100mm×230mm,出口尺寸為250mm×230mm。


DRDO在HST4激波風(fēng)洞中對HSTDV的縮尺模型的進(jìn)氣道(如下圖所示)進(jìn)行了試驗研究。

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地面試驗設(shè)施

“高超聲速技術(shù)驗證飛行器”(HSTDV)的發(fā)展離不開地面試驗設(shè)施,尤其是高超聲速風(fēng)洞。印度建造了包括高超聲速風(fēng)洞和激波風(fēng)洞在內(nèi)的許多大型試驗設(shè)備。1973年,印度建成了第一個高超音速激波風(fēng)洞(HST)。根據(jù)美國國會研究服務(wù)中心(CRS)2021年更新的《高超聲速武器:背景和國會議題》報告顯示,印度運營著大約12個高超音速風(fēng)洞,能夠測試高達(dá)13Ma的速度。

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印度第一個高超音速激波風(fēng)洞HST1

印度科學(xué)研究所(IISc)航空航天工程系的高焓空氣動力實驗室是印度的高超聲速試驗中心,該實驗室在2010年更名為高超聲速和沖擊波研究實驗室(LHSR)。該實驗室現(xiàn)有5臺高超聲速測試設(shè)施,包括一系列的常規(guī)高超聲速激波風(fēng)洞,如HST1激波風(fēng)洞(50mm內(nèi)徑激波管+300mm直徑試驗段),HST2激波風(fēng)洞(50mm內(nèi)徑激波管+300mm直徑試驗段),HST4激波風(fēng)洞(165mm內(nèi)徑激波管+1m直徑試驗段),高超聲速自由活塞激波風(fēng)洞HST3(165mm內(nèi)徑壓縮管+50mm內(nèi)徑激波管+20kg活塞+300mm自由射流管),以及燃燒驅(qū)動激波風(fēng)洞HST5(105mm內(nèi)徑激波管)。

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印度科學(xué)研究所(IISc)的高焓空氣動力實驗室

2020年12月,DRDO啟動了印度最先進(jìn)的高超聲速風(fēng)洞(HWT)試驗設(shè)施,這是一個采用壓力真空驅(qū)動的封閉式自由射流試驗臺,噴嘴出口直徑1m,可模擬5~12Ma的高超聲速氣流。

小結(jié):

印度開展HSTDV項目已經(jīng)近20年,在超燃沖壓發(fā)動機(jī)技術(shù)上已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步,驗證了超燃沖壓發(fā)動機(jī)的氣動構(gòu)型、點火和高超聲速流動下的持續(xù)燃燒、高超聲速分離以及高溫材料的熱結(jié)構(gòu)特性等關(guān)鍵技術(shù),有力推動了印度高超聲速技術(shù)的發(fā)展。除了HSTDV項目,印度還在與俄羅斯合作開發(fā)飛行速度7Ma的高超聲速巡航導(dǎo)彈“布拉莫斯-2”,目前計劃在2028年之前實現(xiàn)初步作戰(zhàn)能力。


參考資料
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[2]A Review on Hypersonic Propulsion Technology: From History to Present Scenario with a Brief Overview of Hypersonic Propulsion Programs in India.
[3]DRDO conducts maiden test of hypersonic technology demonstrator.
[4]Hypersonic Flight and Ground Testing Activities in India.
[5]Hypersonic Technology Demonstration Vehicle(HSTDV).
[6]Hypersonic and directed-energy weapons:Who has them, and who’s winning the race in the Asia-Pacific?
[7]All you need to know about DRDO’s successful flight test of Hypersonic Technology Demonstrator Vehicle(HSTDV).
[8]Rajnath Singh inaugurates India's first hypersonic wind tunnel test facility.
[9]鄭義,韓洪濤,王璐.2020年國外高超聲速技術(shù)發(fā)展回顧[J].戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈技術(shù),2021(01):38-43+106.DOI:10.16358/j.issn.1009-1300.2021.1.503.
[10]文蘇麗,何煦虹,葉蕾.印度高超聲速技術(shù)驗證器HSTDV[J].飛航導(dǎo)彈,2010(05):75-76.DOI:10.16338/j.issn.1009-1319.2010.05.005.

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