高超音速飞行器

高超音速飞行器（精选5篇）

高超音速飞行器 第1篇

海洋/天空、天空/地面等构成了高超音速飞行器的背景.虽然大气辐射理论中有各种理论模型和计算方法[1,2],但其计算的实用价值并不明显.基于高超音速飞行器的红外辐射特征,分析了红外探测预警的概念.单光子短波红外(SWIR,0.75~3 μm)探测器是实现探测预警的关键技术之一.

1 高超音速飞行器红外探测预警的概念

相对于SWIR探测器来说,在远距离上高超音速飞行器是一个点源目标,它向四周辐射能量,其中经过散射后可能有部分能量落在探测器上.至于这些能量是否可以被转换为可探测的电信号,主要取决于2个条件,一个是目标本身的辐射是否足够强;另一个是探测器的灵敏度是否足够高.当飞行速度高于5 Ma时,飞行器将会碰到“热障”,即因速度增高而引起飞行器表面加热造成的障碍.在高超音速状态飞行时,物体温度会超过2 400°C.根据维恩位移定律,黑体辐射的峰值波长λm与温度T有下列关系

$\lambda {}_m=\frac{2898}{{\rm T}}(\text{μ}\text{m})(1)$

以T=2 700 K为例作一个简单估算,由式(1)可以算出辐射的峰值波长λm=1.07 μm,处在短波红外波段的覆盖范围,换言之,即适宜于使用SWIR探测器.根据半导体能带理论,截止波长λcutoff与半导体材料的禁带宽度Eg有如下关系

$\lambda {}_{\text{c}\text{u}\text{t}\text{o}\text{f}\text{f}}=\frac{1.24}{E{}_g}(\text{μ}\text{m})(2)$

一般取λcutoff=(1.1~1.3)λm,由此可以确定Eg,并进而对SWIR探测器的材料选择作出判断.

根据斯忒藩-玻耳兹曼定律,对于绝对温度为T的黑体,其总辐出度为

M=σT4 (3)

其中,σ为斯忒藩-玻耳兹曼常数,即辐出度与热力学温度的四次方成正比,随着温度的升高,目标辐出度急剧增大.一般飞机典型的巡航速度为0.7 Ma;当空气温度为230 K时,随着马赫数的增加,飞机蒙皮温度在230~550 K的范围内变化[3].高超音速飞行器的温度升高足有一个数量级,导致其辐射能量有5个数量级左右的增加;或许可以估计,散射到SWIR探测器上的能量也会有数量级上的增加.

2 对SWIR探测器的要求

从概念上说,高超音速飞行器预警在某种程度上类似于空间目标探测中经常遇到的极微弱光回波的探测问题[4],例如,远距离卫星可收到数个至数百个光子的回波,而月球反射的回波还不到一个光子;在噪声远远大于信号的情况下探测并分离出可用信息,需要用到终极的光子传感器单光子探测器 (single photon detector, SPD).

SPD是利用弱光照射下光子探测器输出电信号自然离散的特点,采用脉冲甄别技术和数字计数技术把极其弱的信号识别并提取出来.一般而论,常见的SPD有光电倍增管(PMT)、雪崩光电二极管(APD)、增强型光电二极管(IPD)、微通道板(MCP)、微球板(MSP)和真空光电二极管(VAPD) 、超导单光子探测器(SSPD)等等[5,6].对于文中所讨论的特定应用背景,综合考虑到工作波长、量子效率、功耗、体积、工作电压等因素,基于HgCdTe材料的SWIR/APD可能是最具潜力的候选者之一.

APD是一种具有内部放大增益作用的pn结,工作时加反(向)偏(置)电压.载流子在被电场扫过空间电荷区时,不断与半导体晶格发生碰撞.当反偏电压接近击穿电压时,碰撞传递的能量足以使一个半导体原子电离化,引起一个电子从价带跃迁到导带,从而形成一个电子-空穴对,这种现象称为碰撞电离.APD中电子-空穴对的产生以及电流增益可以用碰撞电离率来描述.设αh是空穴碰撞电离率,αe是电子碰撞电离率.通常情况下αh和αe是不同的.根据它们的相对大小,电离系数k可以定义为

$k=\{\begin{array}{l}\frac{\alpha {}_h}{\alpha {}_e}‚\alpha {}_h＜\alpha {}_e\\ 0‚\text{只}\text{有}\text{一}\text{种}\text{载}\text{流}\text{子}\\ \frac{\alpha {}_e}{\alpha {}_h}‚\alpha {}_e＜\alpha {}_h\end{array}(4)$

电离系数k越小,噪声越低.电离系数k也可以不加区分地写为

$k=\frac{\alpha {}_e}{\alpha {}_h}(5)$

在这种定义下,k越大或越小,则器件的性能越好[7].HgCdTe材料的能带结构表明,在禁带宽度Eg=0.90 eV(λcutoff≈1.4 μm,x≈0.7)附近,电子从价带顶激发到导带顶所需的能量,与电子从分裂价带顶部激发到价带顶部所需的能量相等,这时出现共振现象.在共振区域及非共振区域,均可以获得比1小很多的k值[8].在共振区域,空穴放大占主导地位,可以构成λcutoff较小(即SWIR)的空穴APD[9].

在特定的反偏电压下,流过pn结的反偏电流会快速增大,这时的反偏电压称为击穿电压.简单地说,以击穿电压为界,APD可以分为线性模式APD(反偏电压低于击穿电压,此时输出光电流与输入光功率成线性关系)和盖革模式(Geiger mode)APD(反偏电压高于击穿电压,此时光子计数是非线性的)[10].由于受限于既有放大器技术,线性模式的APD不能以足够低的噪声提供满足单光子探测要求的高增益,故实用中APD 要工作在盖革模式.目前,盖革模式APD是较为成熟的技术,其单光子探测灵敏度的实现是以较高的暗电流和较长的死时间为代价实现的.近年来,随着APD技术、亚微米CMOS技术以及低噪声放大器设计技术的进步,已使线性模式的单光子计数APD成为可能[11,12,13,14,15].与盖革模式APD相比,线性模式APD具有一系列优点,特别适合于远距离目标的探测预警.

3 结 束 语

从概念分析上说,通过探测一定空间范围内的短波红外能量信号的异常变化,有可能实现对高超音速飞行器的视场外红外探测预警.这种异常变化由于属微弱信号,故对探测器的灵敏度有很高的要求,例如可能要求具有接近单光子探测的灵敏度.

摘要：当目标飞行速度高于5Ma时,其辐射峰值波长位于短波红外的工作范围,并且具有辐射功率大、随时间变化快等显著特征,最适于被短波红外传感器探测.短波红外探测器将大气粒子反射的目标的入射光子转换为电信号.通过监测电信号幅度的变化来判断有无强辐射源趋近,从而将预警时间提前.

高超音速飞行器 第2篇

高超音速，指物体的速度达到5倍音速（即5马赫）以上。高超音速飞行器主要包括三类：高超音速巡航导弹、高超音速飞机以及航天飞机。与主流喷气式飞行器相比，它们的设计飞行高度处于距离地面20～100千米的临近空间，通过超燃冲压发动机实现了从超音速到高超音速的跨越。作为当前军事领域前沿科技的热点项目，高超音速飞行器在美、俄等主要军事国家的发展方兴未艾，并被全力打造为空天对地打击背景下的“杀手锏”武器。

美国—完整构建高超音速装备体系

“1小时攻击世界任何地点”—围绕“常规快速全球打击”和“作战快速响应空间”这两大战略，美国积极开展高超声速飞行领域的技术研究，并取得了一系列成果。而事实上，作为该领域的先行者，数十年来美国始终致力于高超声速飞行器的研发。早在20世纪60年代，美国航空航天总署研发的X-15飞行器就突破了5倍声速;近几年，美国更是接连验证了高超声速气体动力学、飞行器设计、热防护、材料及动力系统等关键技术，力图构建完整的高超声速装备体系。

以美国X-43系列高超声速飞机为例，这种看上去很像一块冲浪板的无人驾驶飞机，从1996年开始研制，到2004年第二次试飞成功，前后共用了9年时间，最终突破7倍声速;“乘波飞行器”X-51系列是由美国空军研究实验室与国防高级研究计划局联合主持研制，这一验证机的终极目标是要发展一种比美国原武器库中任何导弹的速度都要快5倍以上的快速反应武器。

尽管X-51系列的研发进程略显曲折，但美国仍通过对高超声速飞行领域研究成果的转化吸收，接连提出了HTV高超声速轰炸机、SR-91“曙光女神”高超声速战略侦察机以及SR-72高超声速无人侦察机等一整套研制计划。其中，最为人所熟知的莫过于X-37B空天战斗机。

作为第一架既能在地球卫星轨道上飞行、又能进入大气层的航空器，X-37B被研发方美国波音公司定位为无人且可重复使用的太空飞机。它由火箭发射进入太空，最高速度能达到声速的25倍以上，常规军用雷达技术都无法对其进行捕捉。此外，X-37B在结束任务后还能自动返回地面，被认为是未来太空战斗机的雏形。

就在美国2017财年军事预算预览出炉之际，军火巨头洛克希德·马丁公司最近率先宣布：公司已在高超声速飞行器领域取得重大突破，可有效突破潜在对手的防空系统，解决对抗“区域拒止/反介入”战略的距离问题。对此，不少美方分析人士表示，速度为马赫数5的飞行器不仅可以在对手现代化的防空导弹和战斗机作战半径外发射，还能够及时击中目标，充分确保空天打击的现实效能。

俄罗斯—全力打造核常兼备武器平台

与美国旨在构建完整装备体系的设计理念截然不同，俄罗斯的高超声速飞行器研究更具有战略层面的现实需求。特别是在2001年之后，随着美国正式退出《反弹道导弹条约》，高超声速飞行器的研制再一次引起俄官方的关注，并开始了新一轮的研试工作。

早在20世纪80年代美国里根政府启动“星球大战”导弹防御计划之时，俄罗斯就已经在研制高超声速飞行器。苏联著名导弹设计局—机械制造科研生产联合体提出发展一种可以携带“滑翔有翼再入飞行器”的洲际弹道导弹项目，被称作“信天翁”项目，其滑翔飞行器被称为Yu-70。Yu-70采用SS-19导弹作为助推系统，滑翔高度为250～300千米，并具备一定的机动性，可有效避开美国弹道导弹防御系统的拦截。但由于受到苏联解体等多方面的原因，该项目最终以失败告终。

2010年，美俄两国签订新版《削减战略武器条约》，但奥巴马政府认为高超声速助推滑翔飞行器由于和传统弹道导弹飞行轨迹不同，不应被列入该条约。这意味着即使俄罗斯高超声速飞行器项目使用核弹头，也可不受该条约的限制。现如今，作为可有效突破美国反导系统的潜在手段之一，俄罗斯发展高超声速系统一方面可携带常规弹头用于常规快速打击，另一方面也可携带核弹头作为俄罗斯战略核打击力量的一部分。

俄罗斯战术导弹系统公司的总经理鲍里斯·奥布诺索夫曾指出，配备Yu-71高超声速飞行器的第一枚导弹将在2020年以前出现，其飞行速度的马赫数将达到6～8马赫。但在随后开展的试验中，由SS-19导弹携带的Yu-71高超声速飞行器再次败北，俄罗斯转而改装伊尔-76作为高超声速飞行器的发射平台。

现如今，俄罗斯公开新一代3M22“锆石”巡航导弹的试射消息，也从侧面反映出其在高超声速飞行器研究领域取得了阶段性进展。值得注意的是，随着美国“宙斯盾”系统的升级、E-2D预警机和协同作战系统的装备以及SM-6/SM-3等新型导弹的上舰，其海军航母编队的防御体系得到空前的增强，而俄罗斯现役主力反舰武器P-700/SS-N-19在此消彼涨之下的攻击能力也相对下降。所以，作为全新的武器平台，“锆石”新型高超声速巡航导弹的威慑意义更加突出。

其他国家—应对空天挑战的“必然选择”

除美俄致力于实现高超声速飞行技术的武器化外，各主要航天大国为应对潜在的空天领域军事威胁，近年来也纷纷投身于高超声速飞行技术的研发和演示验证。

其中，欧洲太空局重点围绕“过渡性试验飞行器”（IXV）项目，验证用于可重复使用运载器的高速再入技术。2013年，欧空局IXV成功完成下降着陆试验，全尺寸的IXV样机在一架直升机的搭载下从3000米的高空释放，最终通过降落伞以7米/秒的速度安全降落在海上。2014年，IXV开展首次亚轨道再入飞行试验，进一步验证大气再入所需的各项关键技术性能。后续，欧盟可能通过“可重复使用在轨验证机”项目，真正实现高超声速飞行器的完整入轨与返回着陆。

在此基础上，英国政府加紧了“云霄塔”空天飞机项目的进展步伐，并为“佩刀”高超声速发动机投资，主要用于轻型换热器技术和制造能力的改进以及发动机的地面验证。“佩刀”发动机将安装于长84米的“云霄塔”无人空天飞机上，既具备火箭发动机的工作性能，也具备航空发动机的操作特点。目前，“云霄塔”空天飞机项目已通过英国航天局的技术评估，其发射成本将仅为传统运载火箭的1/50。

与此同时，澳大利亚则充分发挥自身的区位优势，与美国合作开展了“高速射击”“高超声速国际飞行研究试验”项目等计划，积极致力于高超声速基础技术研究。在此之前，澳大利亚昆士兰大学“基于超燃冲压发动机的进入空间系统”项目在挪威安多亚航天发射中心开展飞行试验，尽管因助推火箭未将验证机送达预定高度导致试验失败，但总的来说还是获得了最重要的第一手资料。

毋庸置疑，高超声速飞行器技术作为21世纪航空航天技术的制高点，是极为重要的军民两用技术。虽然目前仍存在不少技术难题，而且耗费巨大，但其作为众多国家应对空天挑战的必然选择，必将在军事、政治和经济等领域产生重大影响，值得我们持续关注！

责任编辑：彭振忠

高超音速飞行器 第3篇

214浅谈网页木马

215浅谈有线数字电视的发展及应用216浅析档案信息化的安全问题

李洋, 陈萍

邵丽鸥

217浅析高速公路应急救援管理信息系统的开发

武新梅, 宋艳

219浅析广播电台数字化网络化模式220软件工程未来发展

曹永根许璐

221时点价格计算系统的实现及优化

........................荆兵林, 段晓宇, 任艳丽

223网络技术在电子档案存储中的应用研究

英国Hypermach公司公布了研制高超音速喷气商务机Sonic Star的计划。这种高超音速喷气机的最大速度可达到每小时2664英里 (约合每小时4287公里) , 是协和式飞机的两倍, 成为历史上速度最快的客机。如果搭乘Sonic Star, 从伦敦飞往悉尼只需要3个半小时。

Sonic Star的飞行高度将达到6.2万英尺 (约合18897米) , 允许乘客欣赏到地球的曲线。Hypermach首席执行官理查德鲁格希望这款喷气客机能够在10年内飞向蓝天。目前, 他们已经与英国贸易与工业部达成协议, 后者同意提供资金。鲁格参加了巴黎航展。他说:“我们拥有富有革命性的发动机设计以及独特的高速飞机设计, 能够让速度震惊世界的空中旅行成为一种可能。我们已经制定了时间表。我们计划在2021年6月前放飞这世界上第一架高超音速混合动力飞机。”

Sonic Star设有20个座椅, 采用两台混合动力发动机, 燃效比协和式飞机使用的劳斯莱斯发动机高30%。协和式飞机告别历史舞台已经有8年时间, 全世界人们的超音速客机梦想也暂时告一段落。Hyper Mach表示, Sonic Star的飞行速度快的惊人, 从伦敦飞往纽约只需要短短两个小时, 从纽约飞往悉尼的时间将缩短75%, 只有短短5个小时。如果搭乘普通客机, 则需要20个小时。借助S-MAGJET混合动力燃气涡轮发动机, Sonic Star的巡航速度可达到3.1马赫, 此前还没有人能够达到这一巡航速度。这款超音速客机的最高速度可达到3.6马赫。

Hyper Mach表示Sonic Star的燃耗较低, 能够战胜超音速飞行在经济和环境上面临的挑战, 让未来的空中旅行方式发生革命性变化。这款超音速客机利用穿过机身的电磁流抑制音爆, 符合噪音方面的规定, 噪音是超音速飞行的一大不利因素。

Sonic Star的飞行距离可达到6000海里, S-MAGJET张海波李韶甫

224舞阳钢铁公司视频会议系统设计

225信号台信号自动揭示与船舶通行智能辅助指挥系统

技术研究

毕方全

227一种高精度温度检测方案

........................陈润明, 秦辉, 韩超

228一种基于地震搜救机器人的人体热释红外检测引导

方案

........................刘经龙, 秦辉, 陈润明

229一种随机密码表库多表替换字符加密思想

韩磊吕建荣

230无线综合通信车的防雷设计探讨

发动机的推进力达到54700磅 (约合24811公斤) 。两台发动机将进行优化, 适于飞机在6.2万英尺的高度飞行。Hyper Mach表示能够真正让Sonic Star取得成功的因素是降低喷气发动机排放。公司发言人说:“这种发动机采用混合动力, 利用独有的集成涡轮电磁发电技术产生大量电量, “分割”发动机的每一个旋转部件级。从旁通扇到压缩机再到涡轮, 每一级均独立旋转。”

这种“分割”能够让旋转部件在整个飞行过程中不断改变运转速度, 应对变化的大气环境, 提升飞机的性能。Hyper Mach表示, 借助于S-MAGJET等离子体燃料燃烧技术, Sonic Star发动机将燃料转化成推进力的能力将提高40%至50%。以超音速速度飞行时, Sonic Star的燃耗将降低30%至35%。

Sonic Star技术参数

最大巡航速度:3.6马赫

远程巡航速度:3.1马赫

高速巡航速度:3.4马赫

发动机:两台Sonic Blue S-MAGJET混合动力超音速4000-X发动机

推进力:54700磅 (约合24811公斤)

机翼面积:1800平方英尺 (约合167平方米)

降落距离:4800英尺 (约合1463米)

飞行距离:6000海里

最大飞行高度:6.2万英尺 (约合18897米)

机舱

长度:64米

最大高度:2.6米

中国拥有高超音速导弹会怎样 第4篇

高超音速，是指物体的速度超过5倍音速（约合每小时移动6000公里）以上。高超音速武器在机动、反追踪和打击等方面具有非常广阔的实战化应用前景，但高超音速飞行对物体材料、动力和控制等技术要求非常高。要想成功研制和装备高超音速武器，是对一个国家国防工业实力的综合考验。

实际上，早在20世纪50年代，美国就开始研制高超音速飞行器。至今为止，美国已经展开了多个高超音速飞行项目研究。其中，HTV-2飞行器能以最高20倍音速的速度冲向地球，2013年5月成功试验的X-51A“驭波者”飞行器速度超过了5倍音速，而X-37B空天飞机自2012年12月起就已经实现绕地球轨道高速飞行。这一项项高超音速武器研发的背后，离不开美国政府提出的“发展非核全球快速打击能力”的需要。

世界上其他国家，包括俄、法、澳、德等国均在开展高超音速飞行技术研究。中国周边的印度、日本等国也一直积极研发相关技术。印度与俄罗斯联合研制的“布拉莫斯”高超音速型号反舰导弹已经成功通过测试，速度可达6到7倍音速。

与世界各国对“高超声速飞行器是未来军民用航空器战略发展方向”这一普遍认知相一致，中国近年来也开始关注高超音速领域。本次引起世界媒体广泛报道的试验，是中国国防工业长期稳步向前发展的必然结果，不必称奇，中国更不会因此改变防御性国防政策。

相反，我们必须保持强大的威慑能力才能有效遏制战争、保护自身安全，也才能更加自信而坚定地奉行防御性国防政策。

新世纪以来，中国国防工业发展迅速，研发、制造能力得到大幅提升，现代化水平不断提高。由于更加开放和透明，中国军队新装备在2009年以后曝光的频率越来越高——2011年歼-20首飞，2012年辽宁舰服役、运-20首飞，2013年“利剑”无人攻击机首飞、直-20首飞，这些都是中国国防工业进步的里程碑，也是国家发展的一个缩影。

高超音速武器的速度有多快？ 第5篇

超音速武器航程远、速度快、结构简单、性能卓越，被军事专家称之为继螺旋桨、喷气推进器之后航空史上的第三次革命性成果。 高超音速武器一般是指飞行速度超过5倍音速的飞机、导弹、炮弹之类的有翼或无翼飞行器。据专家们估计，超音速导弹可以拥有难以想象的速度，可达时速为1200千米的声速的10倍以上。专家称，这是一种攻击性武器，而不是防空或反导武器，它的优势首先在于它的超音速。而速度为6马赫的高超音速飞行器，能在6小时内环绕地球一周，也就是说，高超音速导弹、炮弹和带翼航天器能在很短的时间内抵达地球上的任何一点，迅速打击数千或上万千米外的各类军事目标，这大大地拓展了战场的空间。目前，美国正在积极研制超音速武器，有望在2015～2018年前制造出多功能导弹。

20世纪90年代，美军提出“全球快速打击计划”，目的是能在1小时内用常规武器打击地球上的任何目标。该计划实施的关键在于“速度”，配套研制的各种飞行器都必须达到5倍以上声速，其中最具代表性的就是X-51A。美国新的高超音速计划将把巡航导弹作为突破口，并从“战斧”式导弹入手，预计在2015年前研制出6～8马赫的高超音速巡航导弹。此外，高超音速反弹道导弹和集反导、反飞机与反装甲诸功能于一身的高超音速多用途导弹也正在加紧研制中。超音速钻地炸弹实际上也是一种高超音速导弹，主要用来对付地下深埋掩体和高效能的防空武器。其弹丸最大速度可达6马赫，可侵入50米厚的土层和6～15米厚的混凝土中。美空军还将制造1000～1500千克的小尺寸钻地弹，将其装备于 B-2、 B-1或F-117飞机及战斗机上。洛克希德·马丁公司研制出的新型高超音速打击武器，是由下属工厂设计的一款专用于轰炸机和战斗机使用的高超音速武器，主要用来打击远程高价值目标。该武器时速在5～6马赫，射程约1000千米，可用F-35与B-2战机携带，预计最快将在2020年中期服役。

美国空军已研制近10年的无人驾驶飞行器X-51A“乘波者”，在最后一次测试中一度以5倍多音速飞行。这种被称为“空中闪电”的武器比“战斧”导弹快7倍，可在几十分钟内打击地球任何目标。自2004年启动X-51A项目后，美国为此花费3亿美元。“乘波者”时速可达4000英里（约6400千米），从加利福尼亚范登堡空军基地发射升空后，可在60分钟内携强大的动能攻击地球上任何目标，无论是对付恐怖分子还是攻击来自“敌国”的导弹，都不在话下，从阿拉伯海到阿富汗1770千米，大约16分钟就到了。 分析人士指出，X-51A成熟后，一方面可以向太空发射卫星、运送物资，将美国空军的行动范围和作战空间拓展到外太空；另一方面，又可以对全球目标发动“即时打击”，令对手的先进防空系统无法招架。可见，X-51A验证的技术都是在为美国空军实现“空天一体化”战略铺路。 X-51A“乘波者”除了更快的反应速度外，还具有更强的突防能力，现有的巡航导弹主要依靠超低空飞行与隐身技术突破防御，由于速度太慢，暴露后很容易被拦截，在科索沃战争中就有数十枚“战斧”导弹遭击落，而对于在高空飞行的高超音速巡航导弹来说，现有的防空武器对它基本无计可施；它具有更大的破坏力，高超音速武器具有惊人的动能，对钢筋混凝土的“钻透深度”可达十几米，特别适合打击深埋于地下的指挥中心等坚固目标。

美国SR-71“黑鸟”是当今世界上飞行最快、升限最高的喷气机，它在今天让很多国家的防空系统颇为无奈。而美军SR-71最新接替者SR-72也在近日面世。这让美国又走在了高空高速的路上，继续引领潮流。美国国防工业巨头洛克希德·马丁公司宣布，将着手打造SR-71“黑鸟”间谍机的后继机种SR-72。SR-72的最大特点是飞行速度快，可在1小时内到达全球任何地点执行任务，堪称美军谍报及突击的王牌。美国《航空周刊》杂志网站首次披露了美国洛克希德·马丁公司正在秘密进行的SR-72高超音速无人侦察机研制工程。这款无人侦察机飞行速度达到6马赫，高度可以达到10万英尺（约3万米），能够自由地在各大洲上空穿梭。SR-72的速度是目前第四代战斗机最大飞行速度的3倍，甚至其飞行速度比一些常见的导弹还要快。正因如此，高超音速飞行器给目前防空系统的压力极大，一些著名的地空导弹，如美国的“爱国者”、俄罗斯的S-400和我国的红旗-9甚至无法追上这种飞机，从而无法拦截和击落它。