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2015年,各国空军的装备发展呈现多条轴线齐头并进的态势,既有前沿的高超音速飞行器,又有原始的螺旋桨飞机参加作战行动,可以说是多代同堂.
如此杂乱的局面并非好事,表明当今世界处于动荡之中,各种矛盾交织在一起,所以各国空军才需要发展不同的武器装备来应付不同的威胁.美国高超音速飞行器×-51A飞行概念图
21世纪：高超音速时代
2015年,美国空军研究实验室的远程高速涡轮发动机项目取得最新进展.在该项目的资助下,罗·罗公司和美国威廉姆斯国际公司分别发展了弹用/无人机用高速涡轮发动机,并且已经在地面试验中实现了在马赫数2～2.5条件下超过2小时的运转,未来几个月里将进行马赫数高达3.2、持续时间长达1小时以上的地面运转试验.这意味美国在高超音速飞行器的动力方面取得了突破性进展.
21世纪被称为高超音速的世纪,高超音速飞行器更是被视为继螺旋桨、喷气式飞机之后的航空界第三次革命,其特点就是超高空（最高可达40千米以上,抵达大气层的边缘）、超高速（马赫数高达4或以上）、覆盖范围大.高超音速飞行器可对数千千米外的目标进行快速打击,打击时间可能由现在的数个小时缩短至未来的数十分钟,可以实现快速反应,甚至形成全球快速打击能力,尤其是打击航母编队、弹道导弹发射车等时间敏感性目标的能力更强大.由于高超音速飞行器的的超高空和超高速超过目前大多数防空导弹的作用范围,因此具备较强的突防能力,战场生存能力大为提高;同时,这一特性还赋予导弹更高的威力,可以用较小的装药打击地下或者坚固防护的目标.
由于高超音速飞行器的飞行包线宽广,且包含许多人类涉足不深的领域,对高超音速飞行器的总体设计、气动布局、材料结构等都提出了巨大挑战,因此各国纷纷采取两步走的方针,首先发展马赫数4以上的飞行器,先迈入高超音速飞行器的门槛,然后再迈向更高的速度.
发动机是关键“空军之翼”一一ACE发动机
对于高超音速飞行器来讲,最关键的就是发动机,从目前各国研究的经验看,尚无法找到一种能满足超音速、长航程、重复使用等一系列需求的发动机,所以发展组合发动机是目前的最佳选择.在组合发动机中,火箭基组合循环发动机和涡轮基组合循环发动机是目前最有希望的高超音速组合动力,涡轮基组合循环发动机因为马赫数在0～3范围内,具有高比冲的独特优势,受到了广泛重视.
此前,美国和日本希望通过先进涡轮研究计划,将涡轮发动机的速度马赫数由现在的2提高到4,然后与冲压发动机相结合形成涡轮冲压发动机,进一步提高飞行器的飞行速度.
目前,各国涡轮基组合循环发动机使用的仍是航空煤油,这种燃料虽然易于获得,有利于战备,但是当它的比冲达到马赫数4以上时,热值会迅速下降;由于其热值较低,当比冲马赫数在8以下时,航空煤油就不能作为涡轮基组合循环发动机的燃料了,此时需要采用液氢作为燃料.液氢的热值大、效率高,可以获得较高的比冲,同时还可作为发动机的冷却介质,是速度马赫数8以上的飞行器的理想燃料.
机载武器的升级美国舰载激光武器
按照各国研究经验来看,如果没有特殊的热管理措施,飞行器的速度很难超过马赫数4,所以现在各国都不倾向发展有人高超音速飞行器,而是从难度更低的战术导弹或无人飞行器着手,以求在总体设计、气动布局、材料结构等领域取得突破,并为以后发展更大的飞行器打下坚实的基础.如STELR将首先确保美国空军未来超音速空射巡航导弹（用来取代现役的AGM-86B/C/D空射巡航导弹）,能够以马赫数3+的速度飞行3200千米.尽管主要设计目标是用于一次性武器,但同时提出发动机要有足够的寿命,配装于侦察监视平台时能够连续执行50次任务,因此可满足短寿命的高速侦察机或高超音速侦察机（与其他动力组合成推进系统）的需要.
高超音速飞行器也需要配套武器.目前,战斗机的主要武器是主动雷达制导空空导弹,如AIM-120先进中程空空导弹,速度马赫数只有4,只能达到高超音速飞行器的入门速度,因此用来攻击高超音速飞行器非常困难.高超音速飞行器需要新的空战武器,所以我们看到2015年美国空军重启了“机载激光武器”计划,这可能就是高超音速飞行器未来的配套武器.
与传统导弹相比,激光武器的速度更快.光速在目前的物理法则里是最快的速度,所以激光武器几乎不需要计算提前量,可以同时对付多批目标;激光武器打击精度高,具备精确摧毁某个武器装备关键部位的能量,如导弹燃料、战斗部等,一旦被击中就可摧毁目标.不过,激光武器需要大量能量,因此能量存储成为一个难题.此前的激光武器由于需要大量的储能设备,因此只能安装在波音747等大型飞机上.美国空军希望通过一系列研究计划突破相关难题,从而不断缩小机载激光武器的体积和重量,从而具备更好的适装性.美国空军的近期目标是把激光武器安装在C-130中型运输机上,最终目标是安装在F-35战斗机上.F/A-××波音六代机概念
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