陈小庆

　　“先行者”全球战略侦察/轰炸机

　　人类对飞行速度的追求一直没有停息过，从亚声速到跨声速，从跨声速到超声速，再从超声速到高超声速，航空科学与技术在速度不断提高的过程中克服一个又一个的技术难

题飞速发展，飞行速度已成为飞行器性能的一个重要指标。科学技术的进步往往首先应用于军事，现代和未来的高科技战争要求高性能的飞行器系统，这已成为现代战争中决定战争胜败的关键因素之一，如美国的F-22战机、B-2B轰炸机、Global Hawk无人机等，它们都具有突出的飞行和作战性能。随着各种预警和防御系统的建设和发展(如NMD等)，加之国际形势的多级化发展趋势，基于本土基地、快速反应、全球作战和有效突防的飞行器在未来战争中具有极其重要的地位，它将成为新的战略威慑手段，因此，已成为世界各军事强国积极规划发展的武器系统，如美国Falcon计划中发展的CAV(Common Aero-Vehicle)和HCV(Hypersonic Cruise Vehicle)武器系统。凭借科学和技术的不断进步，特别是在高温新材料、超燃推进、微电子和新型复合GNC等技术的带动下，航空飞行器正朝着高超声速、全球到达、精确打击、高机动性、大载荷能力等方面发展，可以预见，在不久的将来具有良好突防能力的全球战略侦察/轰炸机将成为战场中重要的作战力量。

　　“先行者”全球无人战略侦察/轰炸机主要用于未来执行时间和价值关键目标的对地侦察和精确打击任务。其作战半径大于16000km，有较强的机动能力，横向机动约为4000km；携带侦察载荷或对地攻击弹药，在目标上空附近施放载荷或弹药，最终弹药打击精度约为5m，载荷能力约为1000kg，可运载常规弹头或核弹头；采用助推起飞，助推采用固体

　　推进系统采用氢燃料的RBCC组合超燃冲压发动机，在M8以上碳氢燃料的冲压发动机受来流总温和超音速燃烧等条件的制约已经不能正常工作，只有采用氢燃料的发动机来实现，同时氢燃料发动机比冲高、而且液氢还可以用于主动的热防护系统。火箭组合的超燃冲压发动机启动马赫数约为3左右，这样助推段固体火箭发动机仅需将飞行器加速到马赫数3，设计相对简单，且回收重复使用更为方便，降低了整个武器系统的使用费用；火箭组合模式工作在马赫数3～8左右，氢燃料的超燃冲压发动机工作状态仅跨2个马赫数，推进系统优化设计简单，性能优良。同时在推进系统喷管处安装了推力矢量支板，用于调节俯仰平面内的力和力矩，为增强飞行器飞行稳定性，实现跳跃式飞行控制提供了强有力的保障。如图 所示，飞行器前体和发动机进气道采用一体化设计的方法，来流经过两级压缩进入进气道，采用模块化的发动机设计，单模块发动机性能优化简单，组合发动机冗余程度高，飞行器整体可靠性更高。

　　考虑到高超声速飞行器气动布局对升阻比、容积率和热流率的要求以及机动性的要求，飞行应有高升阻比、大容积率、低热流率和强机动性。在高超声速飞行状态下，传统升力体布局存在难于克服的升阻比屏障，这里采用组合的吻切锥乘波构型生成方法，其控制参数多样，控制生成外形灵活，易综合考虑容积率和表面热流影响，同时飞行器前体绕流均匀，特别适合同超燃冲压发动机进气道一体化设计。

　　在对上述参数优化的基础上，考虑飞行和作战性能对乘波构型进行了设计补充和修形，由于飞行器速度高，飞行时间长，远程飞行过程中不需要完成过于复杂的战术动作，飞行器设计应具有良好的稳定性和较好的控制性能。飞行器前体上表面设计了全动双垂直舵面，舵面前缘考虑超声速来流特点设计为大后掠前缘，主要用来提供航向稳定性和调节能力，由于乘波构型外形特点以及发动机安装特性，飞行器形心靠近后体部分，采用前体垂直舵面由于力臂较长，考虑到高超声速舵面效率较高，仅设计较小舵面就可完成航向调节任务，同时考虑到垂直舵面对横向性能的影响，这里采用双舵面设计，更减小了舵面的高度，前体整体的力学性能更好，且舵面可以做的更薄，对整体流场的影响更小，而且高超声速飞行器阻力同外表面面积密切相关，采用前体垂直舵面，较小的面积也降低了飞行阻力。飞行器后体考虑容积率和飞行稳定性问题，设计了依原乘波构型变化趋势的翼面，因飞行器整体是升力体构型，翼面设计主要为满足压心调节、俯仰控制、横向稳定性控制、飞行器低速着陆等要求。翼面调整了升力体布局将压心后移，解决了整体形心较后的问题，飞行器纵向稳定性增强；对称翼面具有一定的上反角，保障了飞行器的横向稳定性；设计一对副翼用来控制飞行器的滚动和俯仰动作，副翼差动形成滚动力矩，副翼联动形成俯仰力矩，由于副翼长度较长，在高超声速调节下调节角度很小，阻力损失较小，低速条件下又具有足够的控制力矩。超燃发动机尾喷流为纵向的俯仰动作提供了推力矢量控制，由控制系统组合控制面实现飞行器的更为可靠和灵活的俯仰运动控制。

　　高超声速全球战略侦察/轰炸机的热防护系统至关重要，这里采用主动和被动热防护组合的方式来实现整个飞行器的热管理，保障飞行器系统的安全性和可重用性。被动式热防护采用热障涂层、绝热材料和隔热材料的组合，考虑采难熔金属、C/C、SiC等材料组合，特别是广泛采用陶瓷基复合材料，降低飞行器质量，增加飞行器刚度。主动式热防护采用部分燃料构成冷却通道、热管平衡等主动式热防护系统，也可采用

　　“先行者”全球战略侦察/轰炸机是未来新型的战略威慑武器，它具有全球快速响应、精确定位等特点，是未来战场中决定性的杀手锏武器系统之一。相关技术正在向前发展，美国等军事强国已设立了相关的研究计划，可以想象十年、二十年之后高超声速的全球作战武器系统将会大大改变战争的模式。该设计也可用于民用，随着技术的进一步发展，全球两小时到达的民用运输系统将成为现实，那时候人们远程的出行将更为便捷。

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