瓶颈问题：如何提升高超音速动力飞行

▲NASA已试验过的乘波外形的高速飞行器模型

不论如何神秘，其实进入21世纪后，美国虽然仍有较大数额的黑预算，但至少在高超音速研究领域，不少项目反而变得透明起来。这使几十年来对“极光”一类的猜测渐渐有了端倪，可以明确的一点是，不管开展了多少研究，制造了多少验证机，这一领域基本的动力装置——超燃冲压发动机仍有待突破。

这方面主要的研究项目是X-43和X-51两个。

▲Reaction Engines公司为欧盟2005年启动的LAPCAT计划设计的A2氢动力高超音速客机

▲HyFly飞行器由F-15挂载试飞

X-43是NASA于1995年提出的Hyper-X计划的内容，第一阶段历时7年，目标是通过多种缩尺试验机的试飞，解决一些超燃推进和高超音速空气动力学问题，摸索设计方法。

3架X-43A试验机长3.7米，重约1300千克，均采用B-52轰炸机携带至高空投放，由“飞马座”火箭第一级改装的有翼助推火箭推进到超燃发动机起动条件，后者短暂工作后结束实验，试验机不回收，直接坠入太平洋。

▲DARPA计划中到2008年为止的各种HTV方案

▲Hyper-X

2001年6月2日，首次试飞的X-43A投放11秒后失控自毁。2004年3月第二次试验在29千米的投放后，超燃发动机成功工作了11秒，在24千米内，最高速度达到6.83马赫，创下吸气式飞机最快的自由飞行速度纪录。2004年11月16日的第三次试飞又以9.68马赫（12144千米/小时）的成绩打破纪录。

虽然还有更多的X-43改型计划，但该项目2004年11月被中止，代之以AFRL（美国空军研究实验室）、DARPA、NASA、波音和普·惠-罗克代恩公司合作的X-51计划。为研究高超音速推进，AFRL的推进处20世纪90年代就开展了HyTECH计划，为此普·惠公司将原为X-43C开发的SJX61碳氢燃料超燃发动机改为SED（超燃发动机验证机）。

2006年1月，美国空军又公开了FALCON（从美国大陆进行力量应用和发射）计划，AFRL将其中的超燃乘波试验飞行器命名为X-51A。FALCON是美国空军与DARPA从2003年起为验证PGS（即时全球打击）概念而联合开展的。

▲HTV-2飞行器发射模拟图

X-51A长7.9米、空重1814千克，将由一枚战术火箭改装的助推器推进至约4.5马赫后，以便SJY61能够点火，后者将使该机增速至6马赫。

2006年年底，SJX61-2开始地面试验，2007年4月30日成功模拟了5马赫运行。2009年底和2010年初，X-51A完成捕获试飞（即与载机模拟分离，但并不真正分离）。

▲第一次超过音速的X-1火箭研究机

▲HTV-飞2行中

▲HTV-2飞行模拟图

▲HCV飞行模拟图

2010年5月26日，X-51A的首次动力试飞获得成功，以5马赫的速度飞行超过200秒，虽然由于怀疑排气喷嘴密封装置出现问题，未达到计划的300秒，最高速度也未达到计划的6马赫，但其中超燃发动机工作时间还是达到了140秒。2011年6月13日的第二次试飞中，试验机达到5马赫后，不巧进气口未能打开。2012年8月进行的第三次试飞再次因故障失败。

2013年5月1日，X-51A进行了四次规划试飞任务中的最后一次试飞，试飞获得成功，实现了以吸气式超燃冲压发动机为动力的5马赫高超音速飞行，高超音速动力飞行时间可能达到300秒。

FALCON计划分多个阶段，后续还包括开发一种称为HWS（高超武器系统），现改称HCV（高超音速巡航飞行器）的系统，它可以理解为一种速度高达25马赫的全球攻击机，是一种可复用快速打击平台，以及一种既能将HCV加速到巡航速度、也能发射小卫星的发射系统。(www.xing528.com)

▲SJX61-1发动机测试中

▲F-15战斗机的F100涡扇发动机

▲现有航空动力技术

▲基于涡轮的混合循环发动机的挑战

到美国2009财年国防预算中，又公开出现了耗资7.5亿美元的“黑燕”高超音速验证机计划。“黑燕”其实也是FALCON计划的内容，也称FALCON HTV-3X，DARPA和空军2007年9月就签订了该项目的备忘录，由洛·马公司“臭鼬”工程队、波音公司和ATK公司共同开发。

这种验证机有F-16战斗机大小，从跑道起飞，利用TBCC（基于涡轮的组合循环）发动机先达到3马赫，再进入超燃状态，达到6马赫。

当时，空军首席科学家马克·李维斯虽然也忍不住将其称为SR-72，但他还是承认，这种无人机将用于5马赫以上的侦察任务，并无攻击能力，只是空军又一次重要的技术试探。

▲洛·马公司的TBCC飞行器概念

▲1965年的Salkeld一级半入轨方案

▲美国空军一种新型折叠翼侦察机设想图

对那些相信美国早已秘密拥有“极光”高超音速侦察机的人，这次又如坠五里云雾。如果已有“极光”，“黑燕”也许就是另一个掩盖的幌子？如果“黑燕”是认真的，难道“极光”根本就没有成功？

幸而2008年10月，“黑燕”就因缺少资金支持而下马，削减后的资金将用于HCV。

另外，2008年1月，美国海军的HyFly高超音速导弹验证弹从F-15E上发射后，推进系统未能启动，58秒后就坠入海中。该系统采用兼顾冲压和超燃冲压燃烧的“双燃烧冲压发动机”（DCR），原定2005年初就能进行全系统试飞，但一直受阻于发动机的设计和高温材料问题。2007年9月25日的试验，也未能加速到计划的5马赫。

▲洛·马公司的绿色超音速运输机方案

▲PGS计划内容的AHW

▲20世纪60年代法国北方飞机公司采用冲压发动机的“超狮鹫”方案

现在，FALCON计划名下的核心是有NASA、洛·马公司、桑迪亚国家实验室和AFRL参加的X-41 CAV（通用航空平台）项目，目的是为高超音速洲际导弹和巡航导弹，以及民用可复用运载火箭和一次性运载火箭开发热防护和气动控制等技术。

该项目的HTV-2（高超音速技术飞行器-2）设想从加州范登堡空军基地发射后，由“米诺陶IV”火箭助推，30分钟飞越7700千米，落入太平洋上的夸贾林环礁靶场，最高速度20马赫。未来的实用型号设想它被火箭从243.8～304.8千米高度送出大气层后弹头分离，弹头以20马赫的速度下降，在12马赫左右从45720米高度开始远达16668千米的滑翔飞行。

然而，HTV-2在2010年4月22日首飞时，就在9分钟后失去联系。2011年8月11日的第二次试飞虽成功分离，仍在9分钟后失去联系。这可能使整个计划都面临整顿。只有同为PGS计划内容的AHW（先进高超音速武器）项目在2011年11月17日成功完成了一次高超音速滑翔试飞，它的射程比HTV-2短些，从夏威夷飞到了夸贾林。

▲双模态冲压发动机试验

▲2011年美国又有人目击了神秘的脉冲尾迹，推测是军方在试飞PDF发动机