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从HSTDV试验看印度高超声速导弹武器的发展

来源:《兵器知识》 编辑:刘军 时间:2019-12-03

在2019年6月12日,印度高调宣布成功进行了第一次HSTDV(Hypersonic TechnologyDemonstrating Vehicle)高超声速飞行试验,但不久媒体即披露试验是失败的。不过,试验暴露出了印度在长期秘密发展高超声速导弹武器,这还是让外界大吃一惊。

印度HSTDV技术验证试验

测试基本情况这次试验是印度国防研究与发展组织(DRDO)在2019年6月12日进行的,是印度国产高超音速技术验证飞行器的首次飞行测试。当天搭载HSTDV的“烈火”1导弹在上午11点27分从奥里萨省外海的卡兰岛综合试验场发射,各种雷达、遥测站和光电跟踪传感器在飞行路线上进行了跟踪观测,收集相关数据并进行分析,以验证关键技术。HSTDV是DRDO于2005年开始研制的超燃冲压发动机验证器,是印度高超声速巡航导弹系统开发计划的重要组成部分。

按照原计划,HSTDV飞行至30-40千米高空后,将与“烈火”1导弹助推器分离,并启动以煤油为燃料的超燃冲压发动机,以马赫数6的飞行速度巡航。目前,DRDO拒绝透露试验最终结果,但媒体透露由于助推器失控,未能将HSTDV送至预定高度,试验未达到预期目标。

失败原因分析此次试验采用了与印度现役“烈火”1导弹相同的固体火箭助推器,导弹最大速度只有7.3马赫。从性能上看,其勉强可以作为高超声速飞行器的助推器,因为要达到HSTDV点火条件,飞行器速度必须达到5马赫以上。但为了给释放速度和角度留有余地,助推器应该具备足够大的释放速度裕量,而且由于“烈火”1为印度第一代固体燃料导弹,其飞行姿态控制能力较弱,因此为HSTDV提供足够的释放速度和姿态角度的能力十分勉强。从透露的情况看,此次试验并未将飞行器加速到高超音速(5马赫以上),超燃冲压发动机未点火,回收的飞行器表面没有灼烧痕迹也间接证实速度未达到5马赫以上。也就是说,此次试验根本就没有实现最关键的点火和稳定飞行控制,超燃冲压发动机未受检验,但很可能完成了助推器的分离和短时间的高超声速的滑翔飞行。

此次HSTDV试验以“烈火”1导弹为助推器

HSTDV外观分析此次试验虽然失败,但从相关情况来看,这款高超音速技术验证飞行器是一种配备了超燃冲压发动机的无人飞行器,能够借助固体燃料起飞发动机,以6马赫的速度巡航飞行,并能在超燃冲压发动机推动下在20秒内上升到32.5千米的高度。从公布的外观图片看(题图为HSTDV在展会上的模型),HSTDV采用了常见的乘波体结构设计,但又不同于助推滑翔常用的梭形或三角形乘波体外形,其船型乘波体结构中设计了非机身融合的侧翼和后操纵舵。这种设计表明HSTDV主要用于超燃冲压发动机的初步试验,其飞行速度也大致限制在8马赫以内。现在的HSTDV设计沿用了其前身AVATAR验证器中的CV设计。该验证飞行器长5.6米,质量为1000千克,其横截面为扁平八角形,机体中部装有一对短翼,机体后部装有倾斜垂直尾翼。进气道长度为3.7米,横截面形状为矩形。超燃冲压发动机位于机体中下部,机体尾部作为排气喷管的一部分。机体前部有两个平行的挡板,用于增加推力。机翼后缘的襟翼用于飞行器滚转控制。可偏转的喷管位于燃烧室后端,偏转角可达25。,以确保在发动机开启和关闭阶段具有令人满意的性能。

印度HSTDV的结构示意图

现在的HSTDV略有变化,但基本沿用了原来的设计框架,这从超燃冲压发动机的外观设计也可以看出来。该发动机采用了所谓“三维侧压式进气道”,这种进气道的优点是设计简单,缺点是基本没办法和飞行器的总体设计进行配合。从照片也可以看出,HSTDV在升力体机身下方设置进气道,进气口内有喷油和燃烧室,后面连接扩散段,这基本就是一台前后直通的发动机,载荷和控制部分都设计在了背部有限的空间内,这种进气道通常只能适应6马赫以下的飞行速度,因此主要用于超燃冲压发动机的最初验证。HSTDV采用国际上通行的碳氢化合物燃料,由于工作时燃烧室的温度很高,因此发动机采用双壁结构,朝向燃烧区的内壁使用的是一种特殊的铌合金,而外壁使用nimonic合金(英國人研制的一种特种合金)以提供结构强度。另外,为了克服飞行时的气动加热,HSTDV的弹翼和尾翼表面使用了钛合金,高温区域采用的是碳复合材料。DRDO称,热障涂层(TBC)可以将表面温度降低到材料的承受范围以内。他们对许多热障涂层进行了高温和腐蚀试验,发现所研制的陶瓷涂料最适合这一用途。此外,印度工程人员在试验中将HSTDV置于“烈火”1的头部,外部使用整流罩包裹。应该说,无论是乘波体设计还是采用超燃冲压发动机都表明,印度高超声速飞行器设计从一开始就站在了较高水平上。

印度展示的HSTDV模型

印度HSTDV发展计划

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