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美預測傳感器飛機將隨雷達發展成為現實 
2008年12月11日 10:31:35 　來源：中國網 

    從美國空軍機庫拖出來的下一代新型飛機可能是一個功率強大的傳感器。位于俄亥俄州的萊特－派特森空軍基地的美國空軍研究實驗室的科學家們，已經研發了一些雷達陣列，這些雷達陣列能夠做成飛機蒙皮和結構零件。他們的研究將完全能夠開發新的雷達能力和促進材料的發展。這項工作來源于傳感器飛機項目，這個項目的目標是生產出一種能在關注地區上空徘徊40到50個小時的高空無人機（信號雜志，2001年2月，16頁）。當這個項目與下個十年內生產的飛行器相適合的時候，在特種監視與偵察飛行器交付使用之前，現存的飛機將取得一些發展。

    傳感器飛機的關鍵在于它的外殼。這種飛行器是一種用先進傳感器建造的飛機而不是裝備先進傳感器的飛機。美國空軍研究實驗室飛行器董事會負責傳感器飛機的領導約翰 波茲奧克解釋說，這個項目的雷達研究很大程度上集中在兩個領域：低波段天線和高波段天線。最初的飛機設計是以接合機翼結構為特色，這種結構類似兩個字母“V”在末端相連在一起。這種方法有利于將雷達天線放到飛機的外面，可以讓雷達徹底掃描飛機的外部。

    但是，實驗室的科學家們現在正在探索一種大家都知道的用于低波段雷達元件實施360度掃描的“Endfire”。波茲奧克解釋說，傳統的平面板雷達天線發射的信號與它的表面是垂直的。“Endfire”技術將發射雷達信號與飛機的外表平行。

    雷達能量能從平面板的四個側面發射出去，波茲奧克繼續說。信號不是連續的，但是這項技術能掃描四個側面。所以，設計者能用多個“Endfire”元件，建造更大的電子掃描陣列。這種天線將被嵌入到飛機機翼的表面中，能量能從機翼的前面和後面發射出來。

    這種新的能力會使工程師們看到一種完全不同的機身設計。飛機能有一個更加常規的與B-2機翼外形相似的後掠機翼，而不是接合機翼。

    電測試已經證實“Endfire”元件在陣列周圍將掃描360度。工程師們已經建立了幾種不同應用這種技術的結構，包括“5X5”的正方陣列。另一個正在建設的陣列將達到20英尺長，20英尺寬。這種矩陣列與將要形成機翼的那種天線更加一致，波茲奧克說。這種大型的構造將經歷電測試來確認它的天線性能，經歷結構測試來確定它作為機翼組件的能力。這些由電評估開始的測試將在今年晚些時候開始，波茲奧克指出。

    相類似的工作稱為高波段陣列的特徵，這種陣列工作在X波段上。波茲奧克說工程師們已經建造的實心外形的陣列，這種陣列是一種承重結構。雷達的發射/接收機部分連結在用常規合成焊接技術的承重天線上。結果就有了一種能夠放到飛機外殼中的細小而緊湊的X波段的陣列。大尺寸的天線提供了更高的獲益，這種獲益依次允許最大化所有飛機雷達天線的功率性能。波茲奧克講，科學家們已經研發了一平方英尺，能提出所有陣列需求的結構。這種一平方英尺的X波段雷達所起到的作用比用來確保天線工作正常的200個元件和必需的工作所起到的作用還有大。項目面臨的挑戰之一是獲得高收益的陣列，他指出。

    一旦那一平方英尺陣列在實驗室裏符合要求了，科學家們將會建造更大的陣列。一個用于主要結構承重軸承的3英尺 x 1英尺陣列已經得到了試驗。它能承載超過50,000鎊的重量，波茲奧克報告說。

    另一項正在進行的工作已經生產出了一個試驗樣品，這個樣品是20英尺長，2英尺寬。這個部件缺少必要的電子裝置和組件，但是它是以所有的天線元件，連同結合在一起的供給網為特色，這個供給網將附屬于發射/接收芯片。電子裝置和組件將被忽略成多余的開支，波茲奧克承認。由于缺少主動雷達組件，這種結構去年為經受主要的飛機結構負載成功地進行了試驗。成功的試驗已經證明了這種X波段天線的概念能被應用到很多航空器領域，波茲奧克說。這些包括第三負載，如典型的飛機圓形罩；第二負載，如武器分隔艙的門或機身門和主要負載，如機翼結構或主要的機身儀表板。

    “我們對這種在結構上的能力真的感到興奮，”波茲奧克宣稱。他補充道，下一步是檢驗有關電的結構。

    這些陣列是飛機的關鍵部分，但是飛機的結構還正在經歷大量的制造工藝。波茲奧克說：“大量的活動”目標是使基本的飛機機身概念以及相關的飛行器技術成熟。

    首先，最初的想法是建造一種四周都是傳感器包的飛機，工程師們的工作是只是確定是什麼組成那個包。他們的工作詳細說明了低波段和高波段雷達構想導致兩種飛行器的變種——飛行機翼和接合機翼。任何一種飛行器的設計將要求一種非常大的，達到150英尺到200英尺長的翼展的那種飛行器，波茲奧克指出。有了這種紙上的大型概念設計，科學家們現在正在確定哪一種技術將被用來實現傳感器飛機這個目標。飛行機翼版本，被比喻成B－2的外形，相對于轟炸機將有一個更高的機翼對機身的縱橫比。它的機翼非常長，這將導致機翼在飛行中產生相當大的彎曲。太大的彎曲將會降低飛行器的雷達性能，所以飛行器的結構樣式與空氣動力載荷之間的相互作用必須受控制。

    控制五種結構模式中的一種方法是提高飛行器的硬度，但是這種方法將會增加重量，而增加重量會減少飛行器的航程和續航能力。一項研究計劃目的是想改變設計人員能夠成功地控制那些結構模式。這種方法將允許減少航空飛行器的重量。

    工程師們已經建造了一種飛行機翼版本的一半跨度的模式。那種一半跨度模型是按照動力學的比例展示與概念上完全大小的飛行器相同的結構模式。在國家航空與宇宙航行局的蘭利研究中心的超音速風洞進行的試驗已經模擬了這個模型的結構模式。這允許設計人員決定他們能夠減少模型的結構靈敏度達2.5個因數，波茲奧克指出。在建造飛行器的時候，這種模式還將降低飛行器的結構負載。

    接下來的試驗將在常規的傾斜－旋轉－俯衝結構中評估半跨度機翼。然而，在第一係列的試驗中，機翼被固定在風洞墻上，這種試驗將模擬自由飛行條件。接合機翼版本，這種機翼也將展示很多相同的易曲結構模式特性，它已經成為與結構和空氣動力模型相關的大量分析的課題。波茲奧克提出未來對接合機翼版本的試驗將會尋找與在飛行機翼模型上完成相同的結果。“我們想要展示我們能夠在風洞中控制所有那些易變型的模式，”他說。那項工作不會在今年秋天之前進行風洞試驗。

    這項傳感器飛機項目包括一個高精密的傳感器管理器，這個管理器能夠幫助避免飛行器上主動傳感器之間的相互破壞，波茲奧克報告說。這個項目正好與實驗室傳感器董事會合作開始它的研發工作。這個設備將控制所有飛行器上的傳感器發射。

    然而，波茲奧克沒有預見到傳感器相互破壞會成為一個主要的問題。一個長續航時間，高空無人機不會用有效功率進行無線電脈衝。所以飛行器的全部傳感器組不可能在同一時間工作。雖然如此，傳感器管理器將成為一件主動的電子設備體係機構，用來決定哪一個傳感器工作，在什麼時候工作。實驗室將要開始一項研究工作，來使低波段/高波段工作關係機械化，他指出。

    這個的試驗課程還沒有困難和錯誤。波茲奧克講了在五個元件陣列上的第一次嘗試是怎樣失敗的。工程師們回到畫圖板上，採取更為嚴格的組合來設計和試驗。這些步驟比想象的要長，但是，所取得的進步是扎實的。例如，工程師們已經增加了很多中間的步驟，用來在焊接各種元件之前對它們進行測試。

    最大的障礙一直是理解“這種基本用雷達來完成任務的新的方法”的本質，波茲奧克承認。“我們從未嘗試過與結構X波段天線一樣費勁的工作，”他說。一旦所有的元件被焊接在一起了，將不會有主動運動的部件。他將它比作成一種電子設備箱，在這個箱中，電路板伸縮和彎曲，以及電線變松。雷達的外殼的合成材料必須承受更大的壓力而並不會犧牲功能。

    被設計用來驗證陣列和飛行器的結構方面的成熟性的這些試驗，正在產生這樣的結果，這些結果不只是局限于傳感器飛機，波茲奧克指出。平面板結構陣列可以用來適應現存的平臺，如寬機體的飛機。事實上，任何雷達天線屏蔽器、分隔艙門或機翼都能被用作成一種低或高波段雷達天線。實驗室已經正在尋找機會在傳感器飛機交付使用之前，應用這些技術。

    “這種結構陣列是可升級的，所以你能把它們放到與傳感器飛機不一樣大常規的飛機上，這個問題早就預想到了，並且你還能獲得某些重大功能水平的提高，”他說。(編譯：知遠/愛唐）

http://www.aviationweek.com/aw/generic/story_generic.jsp?channel=awst&id=news/aw110308p1.xml
X-51A Scramjet Engine Completes Ground Tests

Nov 2, 2008
By Graham Warwick
 
A year from now, over the Pacific Ocean off California in airspace cleared of all civilian traffic, hypersonics could take a step closer to reality. In the same skies where five years earlier the X-43A Hyper-X flew for 10 sec. at Mach 9.6, powered by a supersonic-combustion ramjet, the X-51A WaveRider is planned to fly on scramjet power for 5 min., accelerating from Mach 4.7 to beyond Mach 6 and demonstrating that sustained hypersonic flight is practical.

Burning hydrogen in a heavy copper engine that simply soaked up the heat of supersonic combustion and began melting within seconds, the X-43A showed scramjet-powered flight was feasible. The X-51A will have a flightweight engine, cooled by its own hydrocarbon fuel and designed to run for as long as there is JP-7 in the tanks.

Boeing's X-51A and its Pratt & Whitney Rocketdyne (PWR) scramjet can trace their roots back 20 years to the X-30 National AeroSpace Plane, an overambitious and unsuccessful attempt to build a Mach 30 single-stage-to-orbit technology demonstrator. The X-51A's goals are far more modest, but it could lead directly to development of a hypersonic long-range strike missile. It would also be a step closer to an eventual air-breathing space access vehicle.

"The X-51A will demonstrate the technology is ready for application in a program," says Charles Brink, Air Force Research Laboratory program manager. AFRL is funding three-quarters of the $246-million contract, with the balance being provided by the U.S. Defense Advanced Research Projects Agency.

PWR has just completed ground runs of the flight clearance engine in the high-temperature tunnel at NASA Langley Research Center, making sure the scramjet will start when the X-51A separates from its modified missile booster, even if the Mach number and dynamic pressure (Q) are not quite as planned. Designated the SJX61-2 and known simply as "X-2," the engine completed eight runs at Mach 4.6 and 11 at Mach 5, for a total of 11.4 min., about twice the expected flight time.

The tests cleared the "start box" for the scramjet, showing margin to handle off-design conditions. "There was repeatable, fairly robust light-off throughout the envelope," says Brink. "We tested off-nominal - high-Q, low-Q, varied angles of attack, cold ethylene, hot ethylene - and saw very reliable light-off."

Easily ignited ethylene is used to start combustion and begin heating the hydrocarbon fuel so it will burn more readily when injected into the supersonic flow. X-2 was the first engine to be tested with the flight ethylene bottle and fuel pump planned for the X-51A.

"We found some 'ohs' about the software," says Brink. When testing at above-nominal dynamic pressure and engine airflow, the control system commanded a fuel/air ratio higher than allowed by the software and the engine shut down in mid-test. "I'm glad we tested off-condition. That might have bit us in flight," he says.

X-2's operability and performance met expectations. "It matched our predictions," says Curtis Berger, PWR's hypersonics programs director. "But our models are becoming pretty mature. This is our fourth flightweight fuel-cooled scramjet through freejet testing." The four engines between them logged 161 test runs since 2003, at speeds from Mach 4.5 to 6.5.

Last year, in the same NASA tunnel, the X-51A ground demonstrator engine, SJX61-1, completed 58 runs and 17.8 min. of combustion. "We had four risks left tied to X-2: mapping the start box, showing margin on the box, and the flight fuel pump and ethylene tank," says Berger. "They're burned down to green. We feel good about going to flight."

Vibration caused by the acoustic environment in the combustor was noticed in earlier scramjets and confirmed in X-1, says Berger, adding, "We designed for it in X-2." Where components mount to the engine and the engine attaches to the cruiser, isolators have been designed in. "The acoustic vibration levels are substantial, but nothing we couldn't design for. We understand it, have mitigated it and for the next system we have models to predict it."

Engines for all four X-51As will be delivered to Boeing by early November. The first of these, designated SJY61-4, will be mounted on the Boeing-built cruiser vehicle. This will then be attached to its modified Atacms missile booster and the complete stack, called the static test vehicle (STV), will go through ground vibration and structural modes testing. The STV will be refurbished to become the fourth flight vehicle.

For PWR, X-2 was the latest in a series of dual-mode ramjet/scramjets dating back to the performance test engine run in 2001 under the HySET program started by AFRL after cancellation of the X-30. The first flightweight ground demonstrator engine (GDE 1) ran in 2003 and had an open-loop fuel system. One stream of JP-7 cooled the engine structure; a second was heated and injected into the scramjet.

As a follow-on to the X-43A, AFRL and NASA had planned to build the larger X-43C, powered by three scramjets burning storable hydrocarbon fuel. The first engine was 95% built when NASA canceled the program in 2004, but the scramjet was completed and ground-tested as the GDE-2. "This was the first Air Force scramjet tested at NASA, and the first time we closed the loop on the thermal system," says Brink.

Achieving thermal balance with a closed-loop fuel system is a key to making scramjets practical. Using the fuel to cool the structure allows the engine to be made of Inconel 625 nickel-based alloy rather than more-exotic high-temperature materials. At the same time, the heat absorbed by the fuel "cracks" the high-flashpoint JP-7 into lighter hydrocarbons that burn more readily when injected into the supersonic flow.

In the X-51A, fuel flows through channels inside the walls of the scramjet. As the fuel moves from front to back through the engine, heat combines with a catalytic coating on the heat-exchanger panels to break down the JP-7, which is then brought forward to hot-gas distribution valves that spray the vaporized fuel into the combustion chamber.

Thermal equilibrium must be maintained as the vehicle accelerates. "The system has to maintain enough flow through the structure to keep it cool, put enough heat into the fuel so it burns, and not recirculate or dump fuel," says Berger. "It's balancing the fuel flow so it keeps cool enough, gets hot enough and produces maximum thrust at various Mach numbers. How that is all done is what we know."

Where the fuel is injected is another critical aspect of making a scramjet practical. In the supersonic flow, air and fuel must mix and burn in milliseconds. Injecting fuel at the front of the engine gives more time, but risks "unstarting" the inlet as backpressure from combustion blows the shockwave system out of the duct. These shocks on the forebody and inlet compress the air entering the engine. "We want to burn the fuel as close to the inlet as we can, but we can unstart the engine and disgorge the shock," says NASA's Ken Rock.

Therefore, fuel is first injected toward the rear of the engine then staged forward as the vehicle accelerates and dynamic pressure increases, making it harder to unstart the inlet. "At lower Mach we release the heat further aft, and at higher Mach we inject fuel further forward to get increased performance as the vehicle accelerates," Rock says.

While the X2 engine tests were under way, Boeing was beginning assembly of the first X-51As. The 168-in.-long missile-representative cruiser vehicle is built from conventional materials such as aluminum and titanium. A tungsten nose, composite leading edges and lightweight ablator on the skin and in the nozzle provide thermal protection. With its modified Atacms booster and flow-through interstage, the complete stack as carried aloft by the B-52 mothership will be 301-in. long.

Flight operations will begin at NASA Dryden Flight Research Center on Edwards AFB, Calif., in February next year. The first X-51A is expected to arrive by July to begin ground compatibility tests with the B-52. The first captive flight is planned for August over the Edwards range to vet communications and telemetry links. A dress rehearsal over the Pacific using P-3s to record and relay telemetry is planned for September.

All four flights slated for early October 2009 through late February 2010 will share one goal, "to light off and accelerate through as many Mach numbers as we can," says Brink. "Realistically if we get two flights out of four we'll be happy. Look at the statistics. Things will go wrong." Flights 3 and 4 will carry specialized software for NASA Langley to measure vehicle aerodynamic parameters in flight.

After takeoff from Edwards, the B-52 will climb to almost 50,000 ft. and release the stack. The booster will burn for almost 30 sec. and accelerate to Mach 4.6-4.8. During the boost, air will flow through the cruiser's engine, exiting via the interstage, to start the inlet and begin warming the scramjet and its circulating fuel.

After booster burnout and separation, the vehicle will coast for a couple of seconds, then ethylene will be injected to light off the engine. Heated by the burning ethylene, fuel will be introduced and the two flows combusted simultaneously until thermal equilibrium is achieved and the vehicle can accelerate on JP-7 alone. Thermal balance occurs within seconds, says Berger. "Then it will only stop flying when it runs out of fuel."

For the X-51A that will mean about 300 sec. of powered flight followed by 500 sec. of unpowered descent to a watery end in the Pacific. "Boeing is exploring a recovery system if we go ahead with further vehicles," says Brink. "We can do away with some instrumentation and miniaturize components to make room."

Boeing, meanwhile, has schemed variants of the X-51 "from B through H," says program manager Joe Vogel. The proposed X-51B would be powered by an Alliant Techsystems thermally throated ramjet, a simplified subsonic-combustion engine designed to maintain a Mach 5 cruise.

Using "minimal funds" added by Congress, Boeing has completed a "fairly detailed" installation study on the X-51B, and ATK is about to begin ground tests of the engine, says Brink, but there is no Air Force funding for the vehicle. For now the focus is on the X-51A, and on being able to correlate ground and flight tests of a fuel-cooled scramjet. "We are on the path to practical hypersonics," says Berger.

http://army.xcinfo.ha.cn/n50348.htm
X-51A超燃衝壓發動機結束地面試驗（下）

[據美國《航空週刊與空間技術》網站2008年11月3日報導] 在X-2發動機進行試驗的同時，波音公司也開始組裝首架X-51A。這架類似導彈的巡航飛行器長168英寸（4.27米），由鋁和鈦等常規材料製成。鎢制鼻錐、複合材料前緣以及蒙皮和尾噴口處的輕質燒蝕材料提供熱保護。加上經過改進的Atacms助推器和通流中間級，最終由B-52母機攜帶在機身上部的完整組合體長度將達到301英寸（7.65米）。

     飛行活動將于明年2月在加利福尼亞州愛德華空軍基地的NASA德萊登飛行研究中心開始進行。首架X-51A可望於7月運抵並開始與B-52的地面相容性試驗。首次系留飛行計畫於8月份在愛德華基地空域內進行通信和遙測鏈路的檢查，9月份則安排一次由P-3在太平洋上空進行遙測記錄和中繼轉播的演習。

     從2009年10月初到2010年2月底安排的4次飛行都將共有一個目的：“持續點火並加速到盡可能高的馬赫數”。Brink表示：“實際上如果能減少其中兩次我們會更高興。從統計學的角度講，事情總不是一帆風順的。”第3和第4次飛行將攜帶NASA蘭利中心的專用軟體對飛行器在飛行中的空氣動力學參數進行測量。

     B-52在從愛德華基地起飛爬升到50000英尺（約15000米）後釋放組合體，然後助推器將點燃，持續大約30秒並加速到馬赫數4.6到4.8。在助推階段，空氣將會流過巡航飛行器的發動機，並通過中間級排除，以起動進氣道並開始對超燃衝壓發動機和其中迴圈的燃料進行加溫。

     助推器燃燒完畢並分離後，飛行器會在滑行數秒鐘將乙烯噴入發動機進行點火。通過乙烯燃燒加熱的燃料也將進入燃燒室，兩股燃料將同時燃燒直到達到熱平衡並且飛行器能夠單獨依靠JP-7就可加速為止。Berger表示熱平衡會在幾秒中內達成，然後飛行器將會一直到燃料耗盡才會停止飛行。
X-51A會經歷大約300秒的動力飛行，然後經過500秒左右的無動力降落濺入太平洋水域。Brink表示：“波音公司正在研究一個回收系統，如果我們需要更多飛行器的話。我們可以減少一些儀器設備，並使部件小型化以騰出空間。”

     據波音的專案經理介紹，波音公司同時還在設計X-51從B到H的不同型號。設想的X-51B將以一台Alliant技術系統公司的熱喉道衝壓發動機為動力裝置，這是一種簡單化的亞聲速燃燒發動機，設計用來維持馬赫數5的巡航飛行。

     通過使用國會增加的“最低限度的資金”，波音完成了“相當詳細”的X-51B的安裝計畫，ATK正打算開始進行發動機的地面試驗，不過空軍並沒有資助這種飛行器。目前所有的焦點都集中在X-51A上，以及能夠使燃料冷卻的超燃衝壓發動機的地面試驗和飛行試驗關聯起來。Berger表示：“我們正行走在高超聲速實用化的道路上。”（中國航空工業發展研究中心  晏武英）

http://www.dsti.net/News/50313.htm
X-51A超燃衝壓發動機結束地面試驗（中）

[據美國《航空週刊與空間技術》網站2008年11月3日報導] 去年在NASA的同一個風洞內，X-51A的地面驗證發動機SJX61-1完成了58次運行。燃燒時間達17.8分鐘。Berger表示：“我們要依靠X-2解決四個問題：勘測起動限制、顯示限制裕度、飛行用燃料泵和乙烯燃料箱。燃燒減弱後更為環保，我們對即將進行的飛行感覺非常好。”

     Berger還補充說在早期曾注意到超燃衝壓發動機的燃燒室會因為環境雜訊而導致振動，並在X-1上得到確認，在X-2上針對這個問題進行了專門設計。在部件安裝到發動機的部位和發動機與飛行器接觸的部位設計了隔離裝置。他表示：“雜訊振動水準是真實存在的，但我們不能設計任何東西。我們瞭解並設法減輕振動情況，在以後的系統中將採用模型來對振動進行預測。”

     所有用於四架X-51A的發動機都將在11月初交付給波音公司。其中首台代號為SJY61-4的發動機將安裝到波音製造的巡航飛行器上。然後飛行器將裝到經過改進的Atacms發射助推器上，完成的組合體稱為靜態試驗飛行器（STV），將進行地面振動和結構模態試驗。STV將會被翻新成為第四個飛行用飛行器。
　　對PWR公司來說，X-2是X-30被取消後由AFRL啟動的HySET專案自2001年發動機性能試驗運行以來一系列雙模態衝壓/超燃衝壓發動機中最新的型號。首次飛行重量的地面驗證發動機（GDE 1）在2003年運行，採用開環燃料系統。一路JP-7燃料用來冷卻發動機結構，另一路則在被加熱後噴入發動機燃燒室。

     繼X-43A之後，AFRL和NASA原計劃建造更大的X-43C，使用三台燃燒耐儲藏碳氫燃料的超燃衝壓發動機作為動力裝置。2004年NASA取消這一專案時首台發動機已經製造了95%，不過這台發動機仍然以GDE-2的代號製造完成並進行了地面試驗。Brink表示：“這是首次在NASA進行的空軍超燃衝壓發動機試驗，也是我們第一次進行閉環熱系統試驗。”

     採用閉環燃料系統達到熱平衡是使超燃衝壓發動機實用化的一個關鍵。使用燃料來冷卻結構可以允許發動機採用Inconel 625鎳基合金來製造，而不是更為特殊的高溫材料。同時由燃料吸收熱量還可以使高閃點的JP-7燃料“分解”成為更輕質的碳氫化合物，在噴入超音速氣流時更容易燃燒。

     在X-51A上燃料將流過發動機壁板內的通道，當燃料從前向後流過發動機時，熱量會通過熱交換器面板上的接觸式塗層分解JP-7，然後再將燃料送到前部的熱燃氣分配閥並將汽化後的燃料噴入燃燒室。

     即使在飛行器加速時也必須保持熱平衡。Berger表示：“系統必須維持足夠的流量來保持結構冷卻，也要為燃料注入足夠的熱量使其燃燒，燃料不能多次迴圈也不能發生堆積。要在不同的馬赫數下平衡燃料流量使其能保持足夠冷卻效果、獲得足夠熱量並產生最大推力。”

     燃料噴入的位置也是超燃衝壓發動機實用化的另一個關鍵問題。在超音速氣流中空氣和燃料的混合和燃燒必須在幾毫秒內完成。在發動機靠前位置噴入燃料能夠贏得更多的時間，但是也面臨由於燃燒室背壓將激波系推出進氣道而導致進氣道“不起動”的風險，而正是這些激波在前機身和進氣道內對進入發動機的空氣進行壓縮的。NASA的Ken Rock表示：“我們希望能盡可能的在靠近進氣道的位置點燃燃料，但是也不能使激波外移導致發動機不起動。”

     因此，最初燃料的噴射位置靠近發動機的後部，然後隨著飛行器逐漸加速、動壓增加位置逐漸提前，使得進氣道的起動更加容易。Rock表示：“在較低的馬赫數時熱量釋放的位置比價靠後，而在較高的馬赫數下燃料噴入的位置更加靠前以使飛行器加速時能夠提高發動機的性能。”（中國航空工業發展研究中心  晏武英）

http://www.dsti.com.cn/index.asp?modelname=gjfw%5Cgjfw%5Fdetail&FractionNo=&titleno=GJFWKX&recno=50296
X-51A超燃衝壓發動機結束地面試驗（上）
（2008年11月11日）

[據美國《航空週刊與空間技術》網站2008年11月3日報導] 五年前在加利福尼亞外的太平洋空域，X-43A Hyper-X飛行器使用超然衝壓發動機以馬赫數9.6飛行了10秒鐘。而從現在往後的一年內，X-51A“乘波者”將計畫用超燃衝壓發動機飛行5分鐘，從馬赫數4.7加速到超過馬赫數6，並驗證持續的高超音速飛行是可行的，可能使得高超音速飛行向現實又邁進了一步。

     X-43A採用以氫作為燃料的笨重銅制發動機，通過簡單的吸收超音速燃燒所產生的熱量並在數秒鐘內開始熔化，僅是證明了超燃衝壓動力飛行是可行的。X-51A將採用一個適合飛行的輕質發動機，採用自身的碳氫燃料進行冷卻，並設計能夠運行與耗完油箱中裝滿的JP-7燃料同樣長的時間。

     波音的X-51A和普•惠火箭發動機部（PWR）的超燃衝壓發動機的源頭可以追溯到20年前的X-30“國家宇航飛機”，製造一個馬赫數30的單級入軌技術驗證的雄心勃勃但卻並未成功的一次嘗試。X-51A的目標則更加適中，但可以直接用於高超音速遠端攻擊導彈的研發。這也將可能是接近最終的吸氣式太空進入飛行器的重要一步。

     美國空軍研究實驗室（AFRL）項目經理Charles Brink表示：“X-51A將在計畫中驗證準備進入實用的技術。”AFRL為價值2.46億美元的合同出資3/4，其餘部分由美國國防高級研究計畫局（DARPA）提供。

     PWR剛剛在NASA蘭利研究中心的高溫風洞中完成飛行許可發動機的地面試驗，確保X-51A與改進的發射助推器分離後，即使馬赫數和動壓（Q）與計畫的不符，超燃衝壓發動機也能夠順利起動。簡稱為“X-2”的SJX61-2發動機已經完成8次馬赫數4.6和11次馬赫數5的運行，總時間為11.4分鐘，為預期飛行時間的2倍左右。

     這些試驗解除了超燃衝壓發動機的“起動限制”，顯示了發動機在非設計條件下的操控裕度。Brink表示：“發動機具備在整個包線內可重複的相當富裕的點火能力。我們試驗了高Q、低Q、不同的攻角、冷乙烯和熱乙烯等各種非正常情況，並得到了非常可靠的點火能力。”

     易燃的乙烯通常被用於起動燃燒室並開始加熱碳氫燃料以使其在噴入超音速來流後更容易燃燒。X-2是使用計畫用於X-51A的飛行用乙烯瓶和燃料泵進行試驗的首台發動機。

     當試驗動壓和流量高於正常值時，控制系統給出了比軟體允許值更高的油氣比，然後發動機在試驗中途關機。Brink表示：“我們很高興對非設計狀態進行了試驗，否則可能在飛行中給我們帶來很大麻煩。”

     X-2的操作性和性能達到了預期，PWR高超音速專案主管Curtis Berger表示：“它達到了我們的預期，不過我們的模型還會更加成熟。這是第四個在自由飛試驗中採用燃料冷卻的輕品質超燃衝壓發動機。”從2003年起這四台發動機共累積進行了161次飛行，速度在馬赫數4.5到6.5之間。（中國航空工業發展研究中心  晏武英）

http://news.gpwb.gov.tw/newpage_grey/news.php?css=2&nid=59912&projid=
2008/11/03   太陽能電池之軍事用途

◎吳建忠
現代化鋼鐵勁旅是指國軍「快速、精實」的特性，但均受限於能源、電力之限制，使得戰果延伸相當困難，然如何保持戰力持續不輟，更是各界傷腦筋的問題。其中太陽能電池就為各國致力研發之目標，因其尺寸可視需要調整大小，如需提供較大電量，只要串聯即可，加上近期又推出薄膜太陽能電池，不但更薄、更輕，且能夠彎曲，對於攜帶及應用上更是方便。
其實早在春秋戰國時期，就有利用太陽能的例子，史書就曾記載「司桓氏水夫燧，取火於日」和「陽燧見日，則燃而為火」。根據考証，「夫燧」、「陽燧」就是類似凹面鏡聚光的應用。目前已有部份國家將太陽能電池運用在軍事用途上，如戰地或野外電力供應，高效率的太陽能板得利於軍事演訓或作戰指揮中心或通訊所需輕、薄、安靜、具機動性之電力供應。又如單兵太陽能衣配合國軍所需的電力及規格生產特製單兵用（尤其是特種部隊）太陽能發電裝置，可攜式太陽能充電器，利於野外訓練或戰時的使用，但其中最引人注意還是衛星科技之太陽能運用。前些日子在首屆亞洲科學營中曾有學生向獲一九九八年諾貝爾化學獎得主提問，能源短缺是目前地球面臨最大的問題，是否能到太空或其他星球找到替代能源，這在以前人們聽起來可能是天馬行空，但現在利用發射的人造衛星在太空收集太陽能再將其轉換投射回地面，已經在本世紀成為事實，且將成為人類所仰賴的重要能源之一。
而美國國防部表示，「太空安全局」（NSSO）已在前些日子完成運用人造衛星收集太陽能測試效率研究。他們確信，此概念驗證可在四到六年左右完成，實質的電力展示最快在二○一七年至二○二○年間便能進行。利用衛星收集太陽能的構想聽起來有點困難，但確有它實質的意義：在太空中，由於沒有大氣層的散射影響，日光也不受季節變化和晝夜影響，太陽能電池效率每年能收集到的約為地面的四十倍。NSSO的報告同時也稱，裝有太陽能板的衛星在太空軌道運行時收集到的能量抵得上覆蓋好幾公頃地面的同類設施。這些能量則可利用雷射或微波送回地面轉換成所需能量。報告中也樂觀地認為，有了此種模式，未來可應用在衝突或受災地區發射「能源援助」，並降低為了掠奪寶貴資源以及地球暖化所造成的遺憾損失。
由於科學家們不斷的研究，再加上半導體產業技術的進步，太陽能電池的效率也逐漸增加，而且發電系統的單位成本也正逐年下降，因此，隨著太陽能電池效率的增加、成本的降低以及環保意識的高漲，太陽能電池的使用也會愈來愈普遍。現在，太陽能電池已經被廣泛運用在日常生活中，例如手表、計算機、汽車、飛機等，可見它有很大的發展潛力，相信未來太陽能電池可以在國軍現役裝備的運用上扮演重要的角色。
（本文由理工學院提供）

http://news.xinhuanet.com/mil/2008-10/21/content_10228372.htm
美新型空天母艦試飛成功 可從太空發射核武 
2008年10月21日 13:55:36 　來源：中青線上-青年參考 

 
    2008年7月，一份被刪除了核心內容的英國國防部絕密檔，在新聞圈內廣為流傳：神秘的“黑色飛機”屢屢掠過英倫上空，令皇家空軍所有的戰機束手無策。情報部門斷言，它就是流傳已久的、美國波音公司正在秘密研發的“暗星”空天母艦。該計畫的領軍人物則是波音公司赫赫有名的“假小子”喬伊•布賴恩特。2008年9月出版的美國《航空週刊》披露了這一絕密計畫的內幕。

    “假小子”與一雙破鞋

    面對記者的話筒，布賴恩特隻字不提目前負責的項目，可說起自己如何進入波音公司時，她卻眉飛色舞：“說來好笑，我能進波音是因為不滿一雙破鞋！”

    布賴恩特畢業後，前往求職的第一家企業就是波音公司。“面試時，對面的那位紳士居然把腳蹺在桌子上，我當時的感覺是：‘這傢伙其實根本不願意讓女性進入他的部門工作。’當面試結束，他問我是否願意為波音效力時，我的回答絕對讓他崩潰：‘如果你們開出的薪水讓堂堂的部門經理只能穿露出腳趾頭的破鞋的話，我也就不來這兒工作了！’”

    這一回答讓布賴恩特成了波音公司甘迺迪航太中心的首位女工程師，此後她節節高升，成為男性主導的研發部門中的一顆明星。2004年7月，布賴恩特迎來了事業的高峰——公司任命她為國防綜合系統部門的首席工程師。

    布賴恩特走馬上任之時，波音公司正準備上馬空天飛行器計畫。《航空週刊》透露：隨著U-2和SR-71高空偵察機的陸續退役，以及世界各國防空武器性能的極大提高，美軍急需一種能自由往返天空與太空，集偵察與攻擊性能於一身的新概念武器。為此，美軍在全美國防軍工企業中招標。

    波音公司的研發計畫並不占絕對優勢，但布賴恩特以女性特有的細膩，將計畫陳述得嚴絲合縫，博得了五角大樓和眾多專業人士的滿堂喝彩。據稱，主持招標聽證會的助理國防部長甚至情不自禁地當場鼓掌！不出所料，軍方很快就把空天飛行器項目交給了波音公司。

    在當晚的慶功會上，興奮異常的布賴恩特頻頻與公司高管們碰杯，讓後者驚歎：“真是名副其實的假小子！連喝酒這樣的事，都讓我們這幫大男人甘拜下風，其他就更沒得說了！”

    靈感源自《星球大戰》

    2004年9月，波音公司全面啟動了空天飛行器專案，代號“暗星”。布賴恩特的一位下屬解釋說：“這個代號源於布賴恩特，她想讓全新概念的空天武器像宇宙中的暗物質一樣來去無蹤，成為航空、航太甚至未來星際作戰的全新武器。”

    “‘暗星’其實是一種空天母艦。”《航空週刊》介紹說，“它由一架超高速的噴氣式母船和若干架代號XOV的太空戰機組成。當空天母船飛到10萬英尺(約3萬米)高度時，便釋放出太空戰機，後者點燃火箭發動機，就能輕而易舉地飛抵亞軌道或者在軌巡航。”布賴恩特向五角大樓保證，根據任務需要和攜載量的不同，她的太空戰機可上升至300英里(約 480公里)高空。執行完任務後還能重返大氣層，以滑翔的形式降落在普通的機場上。

    “這一計畫的靈感源於好萊塢大片《星球大戰》，”一名五角大樓的退役將軍表示：“她坦率地告訴我們，當她看到影片裏太空母船釋放出太空戰鬥機的情景時，就認定未來的空天作戰肯定是那種模樣。”

    2006年年底，當一架黑色的“暗星”掠過大西洋飛越英倫上空時，布賴恩特和她的同事們激動萬分，因為這是“ 暗星”全尺寸原型機首次成功試飛。五角大樓的決策者們觀看了試飛成功的畫面後，立即致電布賴恩特：“小子，祝賀你！” 那一刻，布賴恩特的情緒第一次失控。她私下裏對朋友說：“我獨自跑到洗手間裏放聲痛哭，以最女人的方式慶祝成功。”

    試飛成功後，五角大樓迅速對布賴恩特的空天母艦進行了評估，並將其定性為“適用於放置小型軍用衛星，回收間諜衛星，能在軌向敵對國家發射核武器，或者空對地新型武器的作戰平臺”。總之，這是一種既不等同於太空戰，也不等同於空戰的跨形態作戰模式。

    虛擬戰爭震撼五角大樓

    2007年6月，美國空中作戰司令部為五角大樓的決策者們主持了一次與眾不同的演習-——“空天母艦”扮演主角的未來戰爭。

    演習的設想是：201X年的某一天，擁有核武器與遠端導彈的中東某國和東北亞某國暗中攜手，準備對美國實施一場“珍珠港式”的偷襲。就在兩國的核導彈準備就緒，即將發射的一刹那，在地球亞軌道上遊弋的“空天母艦”釋放出太空戰鬥機，在短短5分鐘內向兩個敵對國投射精確制導炸彈，摧毀了它們的地下指揮所、地面防空火炮陣地等目標。經過這群“開路先鋒”的狂轟濫炸後，常規戰機突入敵國上空，刹那間就取得了制空權。

    “這不是好萊塢大片！”布賴恩特向目瞪口呆的將領們介紹說：“通過隱形轟炸機或者遠端導彈，必須花12到24 小時才能完成此類任務，可我們的空天母艦卻可以隨時在軌，並且在接到命令數分鐘內完成對敵打擊！它的打擊力量令人望而生畏——它所裝配的炸彈是從太空擲下，單是墜地的破壞力就已大得驚人，甚至無須配備爆破彈頭。”

    按照美國的新軍事戰略，美國今後將較大幅度地削減海外駐軍，關閉海外基地，由此留下的空檔將由遠端戰略武器來填補，空天母艦就是最重要的組成部分之一。

    “亨利•L•斯提姆森中心”的研究員邁克•卡茲海曼指出，五角大樓已經將布賴恩特的空天母艦列為正式的武器列裝計畫。如果沒有意外的話，美軍將在10至20年後正式裝備這種超級武器。為此，美國防部在2007年的預算中，已總計投入了4000億美元資金。如此一來，布賴恩特頓時成了“大財主”，也成了未來“空天打擊”力量的鼻祖。 （張竹力）

http://mil.news.sina.com.cn/2008-10-27/0752527021.html
美國軍方開始研究高科技可飛行潛艇
http://www.sina.com.cn  2008年10月27日 07:52  中國國防科技資訊網

 
　　據紐約每日新聞網站2008年10月23日報導 美國軍方目前正嘗試設計一種新型武器，這種武器將與在詹姆斯•邦德電影中出現的那種可飛行的潛艇極為類似。

　　目前，美國國防部高級研究計畫局(DARPA)正準備從事這方面的研究工作，他們對這種可飛行潛艇的需求是：可承載8名艇員、能夠在8小內完成1150英里的空中飛行、115英里的海面航行或22英里的水下潛航。該潛艇需要具有隱身性能，並且在完成海岸行動任務後可載人在水下航行3天。

　　DARPA發言人詹•沃克爾表示，我們將對世界各地提交的建議開放，目前DARPA在該項目上具有30億美元的預算額。據稱，此前類似飛行器的計畫均未實現主要是因為水下潛艇與飛行器的設計需求完全相反。(中國船舶工業綜合技術經濟研究院 溫佳峰)

http://n.yam.com/afp/international/200810/20081025801860.html
美擬研發潛水飛機 可突襲敵方海岸  
法新社╱楊超寰 2008-10-25 23:05     
 
 
（法新社華盛頓二十四日電）美國國防部門希望研發一種潛水飛機，將能夠載運突擊隊員在惡劣海象中飛行數百海里，並在接近敵方海岸時潛入海中卸下隊員。

美國國防先進研究計劃署(DARPA)表示，由於「飛機和潛艇有完全相反的設計要求」，這種作法以前從來沒有嚐試過。

但本月稍早徵求設計提案時，國防先進研究計劃署表示，正在尋找一種「能改變戰場遊戲規則的尖端科技，能夠提供國防部在沿海地區秘密部署兵力的能力」。　　從網際網路到B-2轟炸機所著稱的隱形科技，國防先進研究計劃署一向是五角大廈各項革命性研發計畫的首創者。

該機構在提案中要求對潛水飛機的設計概念及可行性進行研究，包括兼具飛機的航速與航距、船舶的滯留能力及潛艇的奇襲性。

這種研議中的飛機要能夠載運突擊隊員飛行一千海里（一千八百五十公里）進入任務區，再緊貼海面飛行一百海里，然後潛入海中航行最後的十二海里。

而且它還要能夠在八小時內完成這項任務。

這架飛機還要能承受四公尺高的巨浪，在海面滯留三天。

這還沒完，它還要能有足夠的剩餘油料接運完成任務的突擊隊員，飛行到一百海里外的集結點。

http://news.yahoo.com/s/afp/20081024/pl_afp/usmilitarytechnologysubmersible_081024170529;_ylt=AqxLhNyVBLMfm8MU7F8RWA.sOrgF
Pentagon explores submersible aircraft for commando operations

by Jim Mannion Jim Mannion – Fri Oct 24, 1:05 pm ET

WASHINGTON (AFP) – The United States wants to develop a submersible aircraft that can fly hundreds of nautical miles, weather rough seas and then go under water to insert commandos on a hostile shore.

The Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) acknowledged it has never been done before "because the design requirements for a submersible and an aircraft are diametrically opposed."

But in a request for proposals earlier this month, it said it was looking for "radical new technologies that can provide a game-changing Department of Defense capability for inserting small teans clandestinely, along coastal locations."

DARPA is renowned as the originator of many of the Pentagon's most revolutionary innovations, from the Internet to the stealth technologies that underpinned the B-2 bomber.

Its proposal asks for feasibility studies and experiments to prove concepts for a submersible aircraft with the speed and range of an aircraft, the loiter capabilities of a boat and the stealth of a submarine.

The proposed craft should be able to fly commandos 1,000 nautical miles (1,850 kilometers, 1,150 miles) into a theater of operations, fly close to the sea surface for another 100 nautical miles, and then travel underwater for the last 12 nautical miles.

And it should be able to do all that in eight hours.

The craft should then be capable of loitering for three days in seas with up to four-meter (13-foot) waves.

That's not all. It should have enough fuel left over to extract the commandos and fly to a rendezvous point 100 nautical miles away.

"Given the list of diverging requirements and design considerations, the difficulties involved in developing a submersible airplane are clear," DARPA said.

Aircraft are designed to be light and bouyant. Submarines, on the other hand, need weight to remain submerged, as well as thick skins that can sustain the pressure of being underwater.

Differences in densities of water and air, in velocities and loading requirements all make for aircraft and submarine design requirements that work against each other.

The DARPA proposal said previous attempts failed because they focused on making a submarine fly.

"The design concept being evaluated here is for a submersible aircraft, not a flying submarine," it said.

"While it is hard to envision a propulsion system that could ever get a craft with the weight of a submarine airborne, it may be possible to submerge an extremely buoyant platform like an aircraft if the operating depths can be minimized."

http://www.dsti.com.cn/index.asp?modelname=gjfw%5Cgjfw%5Fdetail&FractionNo=&titleno=GJFWKX&recno=49660
美國防預先研究計畫局取消高超音速“黑燕”計畫
（2008年10月15日）

    [據美國aviationweek網站2008年10月13日報導] 美國國會將“黑燕”（Blackswift）可重複使用高超音速試驗床計畫2009財年預算從1.2億美元削減至0.1億美元之後，美國國防預先研究計畫局（DARPA）宣佈取消該計畫。

    “黑燕”目的是演示一個無人高超音速載具，可以起飛、上升並達到馬赫數6的速度，再返回到機場跑道降落。“黑燕”由渦輪基組合迴圈發動機提供動力，使用渦輪噴氣發動機將載具從靜止加速，之後由衝壓發動機/超燃衝壓發動機加速至馬赫數6。渦輪噴氣發動機和超燃衝壓發動機共用進口和噴嘴。

    DARPA在一份聲明中說：國會大幅削減DARPA和空軍用於“黑燕”試驗床的資金，有鑒於此，DARPA認為無法再推進該專案的工作。

    DARPA曾希望在2008年晚些時候授出一項合同，且正與洛克希德•馬丁公司的一個團隊（包括波音公司）商談。“黑燕”原計劃在2012年試飛。同時，DARPA表示將繼續進行“法爾康”（Falcon）計畫，在2009年試飛無動力高超音速試驗載具。

     國會懷疑“黑燕”的技術獲得性和運行功效。將DARPA在2009財年的預算請求從0.7億美元削減至0.1億美元，又取消了空軍為這項聯合計畫申請的0.5億美元。

    DARPA專案經理表示，已經投入大量工作開發推進技術，並元件了一個全國性政府與工業團隊，它有能力研發並試飛一個可重複使用高超音速試驗床。    
  
    按照DARPA的“法爾康”計畫，洛•馬公司正在建造兩架無動力HTV-2 試驗載具，將由軌道科學公司的“米諾陶”火箭發射演示持續超音速飛行的空氣動力技術與結構技術。 （中國航太工程諮詢中心  許紅英）

http://www.aviationweek.com/aw/generic/story_channel.jsp?channel=defense&id=news/BLACK101308.xml
DARPA Cancels Hypersonic Blackswift

Oct 13, 2008
Graham Warwick
 
The Blackswift reusable hypersonic testbed has been canceled by the U.S. Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) after Congress slashed the program’s fiscal 2009 budget to $10 million, from $120 million.

Blackswift was to demonstrate an unmanned hypersonic vehicle able to take off, accelerate to a Mach 6 cruise and return to a runway landing.

“Congress made significant reductions in the amount of funds available to DARPA and the Air Force for the Blackswift testbed,” the agency said in a statement. “Based on this, DARPA determined that it would not be possible to proceed with the solicitation for the effort.”

DARPA had hoped to award a contract for the demonstrator later this year, and was believed to be negotiating with a Lockheed Martin Skunk Works-led team that included Boeing. The Blackswift was expected to fly in 2012. Meanwhile, DARPA says it will continue with the Falcon program to fly unpowered hypersonic test vehicles in 2009.

Congress was skeptical of Blackswift’s technical achievability and operational utility, cutting DARPA FY ‘09 funding from the requested $70 million to $10 million and eliminating the Air Force’s requested $50 million for the joint program.

“Obviously we are disappointed that we will not have the appropriated funds to move forward with the Blackswift flight test,” DARPA program manager Steven Walker said. He said a significant effort had been made to develop the propulsion technology and build a national government and industry team capable of developing and flying a reusable hypersonic testbed.

“The Blackswift testbed would have been able to take off under its own power, cruise at Mach 6, maneuver at hypersonic speeds and land, and then do it again,” Walker said. “Blackswift, or something very much like it, will be a required step prior to the U.S. developing an operational, reusable air-breathing hypersonic airplane.”

Blackswift was to be powered by turbine-based combined-cycle engines using a high-Mach turbojet to take the vehicle from standstill to the speed at which a dual-mode ramjet/scramjet took over and accelerated it to Mach 6. The turbojet and scramjet engines were to share inlets and nozzles.

Under DARPA’s Falcon program, Lockheed Martin is building two unpowered HTV-2 test vehicles, which will be launched by Orbital Sciences Minotaur boosters to demonstrate aerodynamic and structural technology for sustained hypersonic flight.