粉丝的问题咱们就优先回答一下:
这件事吧,因为碎片化信息太多,所以粉丝有点说岔了。
HyCAT是美国国防部下属的“防御创新部门”(DIU,Defense Innovation Unit)主导的一项高超音速武器计划。我们从字面意思上看一下:
HyCAT, Hypersonic and High-Cadence Airborne Testing Capabilities(高超音速与高频次空中测试能力)计划主要是美国国防部在探索一个相对灵活和廉价的高超音速飞行器的发展(开发)方式。这里不仅仅会使用相对廉价的方案,还会和民间的商业公司合作去推进高超音速飞行器的发展。
从本质上看——这个计划的展开其实表示美国国防部是真的没钱了。而且不仅没钱了,还得撑门面,在这个计划的过程中,还特地的绕开了诺斯罗普、洛克希德·马丁、波音等传统的老牌军工复合体,而和一些新兴的厂商展开合作。
这些新兴的企业就有澳大利亚的一些公司进行参与。
这里就来了第二个问题了,为什么美国本土企业参与的比较少?原因也很简单——美国本土的军工复合体兼并严重,稍微像点样子的都被兼并到各个大型军工复合体企业中了,如果DIU继续和这些公司合作,到最后还得让美国本土的军工复合体企业狠宰一刀。
讲真,美国国防部的高超音速武器项目投入并不少,但效率低下、成本高昂始终是个问题。传统军工复合体(比如洛克希德·马丁、波音等)搞一个项目,那是明码标价的烧钱游戏,甚至动不动就是十几亿美元的预算。而且,即便花了这么多钱,测试次数却非常有限,项目推进依然缓慢。
HyCAT的出现,其实就是想在没钱的情况下“另辟蹊径”,通过商业公司,以小成本、低门槛的方式做更多高频次的测试,尽快把高超音速技术搞出来。
所以,这个计划中的High Cadence并不是说这个武器有多高的“节奏(Cadence)”而是被聚焦为Low-Cost and High Cadence。也就是——低成本+高频次。按照咱们国人能快速理解的词语就叫做“降本增效”。
上面是HyCAT美国相关的部分,和澳大利亚相关的是“HyFliTE”,这个更扯淡。HyFliTE是“Hypersonic Flight Test and Experimentation,高超音速飞行测试与实验”,是2021年成立的奥库斯联盟的段子了,所谓的“奥库斯”(AUKUS)联盟是指英国美国澳大利亚在2021年成立的一个防务技术联盟。HyFliTE的目标是通过共享测试设施和技术信息,联合开发、测试和评估高超音速系统。预计在2028年前会投入约2.52亿美元,进行至少6次飞行测试活动。到这里,是不是明白什么叫做低成本高频率了?
澳大利亚以及下面的几个公司其实签署的是这个协议,所以说,HyCAT并不能说是澳大利亚的东西。
能看到这里,其实大家就应该了解一些HyCAT的背景资料了,但在W君的内容里总会给大家带来点“炸裂”的东西。如果没划走,算你赚了。
咱们深入的去说。
其实洛克希德马丁、波音以及诺斯罗普在上世纪80年代就开始做过了一系列的高超音速飞行试验。也有很多的技术积累。
在洛·马的资料里面我们甚至可以找到前两天给大家讲的鸣镝的特征外形设计。
这些设计的更早根源来自二战纳粹德国的“太空轰炸机”计划
从各种构型上我们可以看到很多的相似点。这个设想来自于Silbervogel(银鸟空天轰炸机)。到了美国研制航天飞机之前,设计了X-20 Dyna-Soar验证机。
注意 Dyna-Soar 是什么意思,实际上这是一个缩略语,来自于Dynamic Soarer(动态滑翔器),该验证机能够在大气层中以滑翔方式动态飞行和着陆的特性,是当时可重复使用空天飞行器概念的重要一步。实际上不管是X-20还是银鸟空天轰炸机或者是航天飞机都可以归纳到咱们鸣镝所属的“宽域飞行器”范畴内。
到了80年代,高超音速宽域飞行器的项目虽然各个美国的军工复合体公司在做,但是并没有什么财政支持,而且也是小打小闹的研究。最终到了95年之后基本上都偃旗息鼓了。原因倒不是气动设计和实用性的问题,而是在于“材料”。
在当年洛克希德提出的很多方案实际上和我们的鸣镝飞行器是一样的,这个倒不是说鸣镝是在抄袭洛克希德的气动设计,而是如果一个飞行器在特定环境下、执行特定任务、达到特定要求的性能本身就有气动设计上的最优解的。越是极端的环境下的飞行器设计越会趋同,这玩意没啥追求个性化的。
例如,在研制一个乘波体飞行器的时候,都会设计成类似于东风-17到样子
这个样子怎么来的呢?其实是切圆锥体切出来的。
当一个在空气中高速运动形成激波(Shock)的时候如果能限定飞行器始终在一个激波内贴合(上图橙色部分),就可以构建出来一个乘波体飞行器。道理就这么简单,所以说就是让伯努利、马赫、兰金、居维尔这老几位从棺材里面拉出来做乘波体的设计也做不出另外的花样来。
至于MD-22的设计实际上是考虑了气动控制的需要,因此在传统的乘波体外形上做出延展形成了气动控制面。但如果仔细看截面的话本质上还是乘波体外形。
这就能解释清楚为什么MD-22和80年代末期洛克希德的设计这么像的原因了。
但是(这里是重点),气动设计仅仅是一个飞行器在高速气流中能实现最大化效率外形的设计。并不代表这个飞行器可以在高超音速气流内飞行。
这里有个很重要的要点就是气动加热。我们可以带入静温升高公式来计算一下在马赫7下一个飞行器要承受的温度:
静温升高公式:T=T₀(1+(γ-1)/2 X M²)
T₀ 是初始环境温度,以开尔文来计
γ是空气的比热值,一般取1.4
M就是马赫数了
40KM高空环境温度大约是250K,所以很简单我们就能计算出大约是2700K,换算成摄氏温度就是2400多度。
读到这这里,大家就应该能想象到为什么80年代末期美国停止了高超音速飞行器的研发。
当时没有材料长时间的承受这么大的温度。另外,从控制上来说,当时也并没有真正可靠的自动控制系统让高超音速飞行器稳定飞行。
类似于X-15这种爬进去个活人驾驶的试验机倒是有,但是为了人能看清楚外面的情况还是要装玻璃窗的。仔细看X-15的驾驶窗:
你会发现是有活门的在高速飞行的过程中,“窗户”关闭,不关的那一片实际上是“看运气”有赌命的成分在里面的——没有完全烧坏还是可以用的,但烧坏了还有钛合金板下的窗户可用,但如果钛合金板也同时烧坏了,那飞行员就完全看不到外面了。
这是当年X-15上的玻璃,飞一圈就已经严重烧坏了。
所以说,材料的制约导致了当年美国高超音速飞行器的研究停止。
话说回来,在我们研制鸣镝系列试验机的时候,重要的成果之一就是耐高温材料的研发和运用。这一点才是鸣镝系列中最有价值的部分。这些材料又能让飞机飞、还烧不坏,在这种极端环境下的设计还是相当有开创意义的。
而对于美、英、澳三国“准备试飞”的HyCAT系列飞行器来说,关键材料上并没有公布出真正真实可靠的信息,所以这件事是未知数。但可以预见的是,高超音速飞行材料其实是这三个国家目前还很难攻破的一个技术难关。HyCAT能不能成,关键看材料,美国人绕了几十年,最终还在这条路上找答案。那么几十年的时间其实真的是浪费掉了。
W君也不会对没有掌握数据的事情武断的说行或不行,并不会吹鸣镝比HyCAT好,也不会闭着眼说瞎话说HyCAT吊打鸣镝。但,毕竟我们的鸣镝是真的飞过那么几次呢,八字还没一撇的HyCAT要对比鸣镝还为时尚早了一些。
还有一句话必须得说一下,无论鸣镝还是HyCAT都不是武器,只是试验品,别什么东西都往武器上靠。
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