■ 王剛 / 中國(guó)航空工業(yè)發(fā)展研究中心 婁德倉(cāng) / 中國(guó)航發(fā)渦輪院

德國(guó)歷來(lái)重視基礎(chǔ)研究，憑借在空氣動(dòng)力學(xué)等領(lǐng)域的理論成果和以渦輪基沖壓組合發(fā)動(dòng)機(jī)為代表的技術(shù)探索，主導(dǎo)開展了一系列高超聲速技術(shù)驗(yàn)證計(jì)劃。

高超聲速技術(shù)是理論物理學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)以及推進(jìn)技術(shù)等科學(xué)技術(shù)的集中體現(xiàn)，也是未來(lái)航空航天技術(shù)的大集成。德國(guó)于20世紀(jì)40年代率先研制出遠(yuǎn)程制導(dǎo)彈道導(dǎo)彈V2及液體燃料火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，在第二次世界大戰(zhàn)、美蘇冷戰(zhàn)期間則進(jìn)一步加強(qiáng)了試驗(yàn)設(shè)備、基礎(chǔ)技術(shù)等方面的研究投入。進(jìn)入21世紀(jì)，德國(guó)借助歐盟的國(guó)際合作平臺(tái)，主導(dǎo)開展了以銳邊飛行試驗(yàn)（SHEFEX）項(xiàng)目為代表的一系列重大技術(shù)驗(yàn)證規(guī)劃，并在渦輪基沖壓組合（TBCC）發(fā)動(dòng)機(jī)、可重復(fù)使用火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的研究方面取得了階段性成果。

研究探索階段——液體燃料火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)得以研制和使用

德國(guó)于19世紀(jì)初通過(guò)大學(xué)改革，把高等教育和科學(xué)研究緊密結(jié)合起來(lái)，成為世界上第一個(gè)創(chuàng)立導(dǎo)師制的國(guó)家。全新的科研教學(xué)體制，不僅吸引了當(dāng)時(shí)世界上最優(yōu)秀的科學(xué)人才，還極大地加快了科技成果的應(yīng)用轉(zhuǎn)化速度，使德國(guó)從19世紀(jì)70年代起一躍成為工業(yè)強(qiáng)國(guó)和科技強(qiáng)國(guó)。

普朗特空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)洞

被后世尊稱為“空氣動(dòng)力學(xué)之父”的路德維?！て绽侍赜?904年提出邊界層理論，開啟了空氣動(dòng)力學(xué)研究，并在其學(xué)生的協(xié)助下進(jìn)一步開展了理論探索，如1908年與西奧多邁耶建立激波和膨脹波參數(shù)分析理論、1929年與阿道夫貝斯曼創(chuàng)立后掠翼理論及超聲速噴管設(shè)計(jì)方法。此外，普朗特在低速翼型升力的基礎(chǔ)上創(chuàng)立了考慮可壓縮性的修正算法，為超聲速/高超聲速飛行提供了理論基礎(chǔ)。

在風(fēng)洞研究方面，1907年普朗特創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)出封閉式循環(huán)風(fēng)洞，成為現(xiàn)代風(fēng)洞的開端和模板，并在哥廷根大學(xué)建造起一個(gè)小型超聲速風(fēng)洞進(jìn)行氣體動(dòng)力學(xué)研究和驗(yàn)證。1934年亞琛大學(xué)的卡爾·維森伯格建造了世界上第一個(gè)暫沖式風(fēng)洞，這種風(fēng)洞所需要的能量較低，借助一個(gè)真空球罐，通過(guò)噴管的膨脹實(shí)現(xiàn)馬赫數(shù)（Ma）3.3的最高流速。雖然這個(gè)風(fēng)洞的試驗(yàn)段直徑僅有10.16cm，但它的應(yīng)用將德國(guó)的超聲速研究提升到當(dāng)時(shí)世界的先進(jìn)水平。維森伯格的助手魯?shù)婪颉ず諣柭髞?lái)前往佩內(nèi)明德的空氣動(dòng)力研究所任職，并在此建立起一個(gè)試驗(yàn)段直徑為40.64cm、最大流速為Ma4.4的暫沖式超聲速風(fēng)洞。這些風(fēng)洞的建立和使用為高超聲速研究提供了充分的數(shù)據(jù)驗(yàn)證。

在火箭技術(shù)及其動(dòng)力系統(tǒng)方面，被后世尊稱為“德國(guó)太空飛行之父”的赫爾曼·奧伯特于1923年年底出版了《火箭進(jìn)入太空》一書，詳細(xì)闡述火箭科學(xué)和太空飛行的數(shù)學(xué)原理，不僅掀起火箭技術(shù)的研發(fā)熱潮，還在1927年催生出世界上第一個(gè)太空飛行協(xié)會(huì)。受此影響，德國(guó)陸軍從1930年起授權(quán)沃納·馮·布勞恩組建團(tuán)隊(duì)研究如何將火箭應(yīng)用于實(shí)戰(zhàn)。馮·布勞恩團(tuán)隊(duì)在波羅的海的佩內(nèi)明德島建立起流速達(dá)到Ma4.4的暫沖式風(fēng)洞，花費(fèi)9年時(shí)間成功研制出V2遠(yuǎn)程彈道導(dǎo)彈,并為其專門配備世界上第一種液體燃料火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。該型發(fā)動(dòng)機(jī)使用蒸汽渦輪驅(qū)動(dòng)兩個(gè)泵，分別將液氧和酒精以72kg/s、58kg/s的流量，在23個(gè)大氣壓力（atm）下噴射注入燃燒室進(jìn)行燃燒，產(chǎn)生約245kN的起飛推力，其燃燒室溫度高達(dá)2700℃，壁面采用液體酒精進(jìn)行冷卻，排氣速度達(dá)到了2000m/s。

與此同時(shí)，德國(guó)軍方也在資助火箭技術(shù)專家桑格爾博士，進(jìn)行動(dòng)力系統(tǒng)研究工作。在1930—1935年，桑格爾團(tuán)隊(duì)研制出再生冷卻液體燃料火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，該型發(fā)動(dòng)機(jī)同樣以液氧和酒精作為推進(jìn)劑，由于采用了再生冷卻設(shè)計(jì)，在實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)壁面冷卻的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提升了燃料的壓力，使發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣速度達(dá)到3048m/s。在1939—1944年，桑格爾團(tuán)隊(duì)對(duì)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了大量試驗(yàn)并創(chuàng)新性地提出在充分利用沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)推力的前提下，控制飛行器在大氣層邊緣進(jìn)行水漂式運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)高超聲速飛行。在德國(guó)軍方的資助下，桑格爾團(tuán)隊(duì)啟動(dòng)了“銀鳥”（Silver Bird）轟炸機(jī)的試制工作。這種火箭動(dòng)力轟炸機(jī)采用水平起降、高超聲速滑翔的飛行模式，其理論航程達(dá)到4000 ～6000km，相關(guān)研制工作隨著第二次世界大戰(zhàn)的結(jié)束而終止。

重建和恢復(fù)階段——渦輪基沖壓組合發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入研究人員的視野

20世紀(jì)60年代，美國(guó)、蘇聯(lián)全面展開太空競(jìng)賽。受此影響，聯(lián)邦德國(guó)MBB航空航天公司得以在1962年啟動(dòng)空天飛機(jī)的研制工作，項(xiàng)目總研制費(fèi)用為1.65億德國(guó)馬克，相關(guān)的動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)活動(dòng)也隨之展開。桑格爾博士根據(jù)MBB航空航天公司委托，組建研制團(tuán)隊(duì)并主持設(shè)計(jì)載人兩級(jí)入軌帶三角翼飛行器Sanger I。按照設(shè)計(jì)方案，該型飛行器在一個(gè)3km長(zhǎng)的水平軌道上以900km/h的速度進(jìn)行釋放。第一級(jí)和第二級(jí)都裝有推力達(dá)到490kN的液氧/液氫火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。第一級(jí)與第二級(jí)在150s內(nèi)到達(dá)60km高空后分離，第一級(jí)滑翔返回基地；第二級(jí)繼續(xù)爬升至300km高度的近地軌道。1969年該項(xiàng)目因?yàn)榧夹g(shù)、經(jīng)費(fèi)等方面的原因而終止，部分研制成果直到1985年才重新應(yīng)用到MBB航空航天公司啟動(dòng)的Sanger II空天飛機(jī)項(xiàng)目上。

“銀鳥”轟炸機(jī)結(jié)構(gòu)概念圖及其飛行軌跡

Sanger II 兩級(jí)入軌空天飛機(jī)及其發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)概念圖

得益于1987年啟動(dòng)的德國(guó)高超聲速技術(shù)計(jì)劃（HTP），MBB航空航天公司籌集4.5億德國(guó)馬克的研制經(jīng)費(fèi)，在推進(jìn)技術(shù)、材料和結(jié)構(gòu)、氣動(dòng)熱力學(xué)、飛控和系統(tǒng)4個(gè)方面，為Sanger II空天飛機(jī)提供支撐性技術(shù)研究和地面/飛行試驗(yàn)驗(yàn)證。為了實(shí)現(xiàn)真正的水平起降和可重復(fù)使用，Sanger II設(shè)計(jì)方案將第一級(jí)設(shè)定為采用吸氣式TBCC發(fā)動(dòng)機(jī)的高超聲速飛行平臺(tái)，計(jì)劃在飛行加速達(dá)到Ma6.8時(shí)，實(shí)現(xiàn)兩級(jí)分離，并于1991年啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)地面試驗(yàn)。雖然該項(xiàng)目于1995年終止，但是大量的設(shè)計(jì)成果和試驗(yàn)驗(yàn)證使科學(xué)界對(duì)于水平起降的吸氣式動(dòng)力方案產(chǎn)生了較為明確和統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。特別是在1994年，Sanger II空天飛機(jī)設(shè)計(jì)方案入選歐洲航天局（ESA）的未來(lái)歐洲空間運(yùn)輸系統(tǒng)研究計(jì)劃（FESTIP），和其他15種設(shè)計(jì)方案一起得到全面評(píng)估。在高超聲速飛行可行性、低成本/可重復(fù)使用等方面為后續(xù)項(xiàng)目的發(fā)動(dòng)機(jī)研制提供了有益的參考。

需要指出的是，德國(guó)高超聲速飛行平臺(tái)及動(dòng)力系統(tǒng)的階段性研制成果，是與其在美蘇冷戰(zhàn)期間開展的基礎(chǔ)研究和保障性設(shè)施建設(shè)離不開的。航空航天軍事裝備/技術(shù)方面的研究限制，反而使德國(guó)能夠集中精力研究高超聲速數(shù)值模擬方法并持續(xù)提高計(jì)算能力，同時(shí)也集中建設(shè)了一系列重要的試驗(yàn)設(shè)施/設(shè)備，如德國(guó)航空航天中心（DLR）于20世紀(jì)70年代建造的Ma 6 ～11暫沖式風(fēng)洞H2K、于20世紀(jì)90年代初期建造的高焓風(fēng)洞HEG和電弧加熱設(shè)備LBK。此外，德國(guó)還在哥廷根大學(xué)建立起專門研究轉(zhuǎn)櫪區(qū)氣體與表面相互作用的低密度風(fēng)洞。這些試驗(yàn)設(shè)施/設(shè)備的建設(shè)提高了航空航天裝備的研制效率，也使科學(xué)家、工程師的關(guān)注焦點(diǎn)聚集到高超聲速流動(dòng)所涉及的激波/膨脹波、稀薄氣體流、邊界層的轉(zhuǎn)捩、摩擦力與氣動(dòng)熱、熱密封等更為復(fù)雜的物理現(xiàn)象及影響機(jī)理上，為德國(guó)在21世紀(jì)的高超聲速研究提供了豐富的技術(shù)儲(chǔ)備。

全面發(fā)展階段——可重復(fù)使用火箭發(fā)動(dòng)機(jī)成為關(guān)鍵

進(jìn)入21 世紀(jì)，高超聲速技術(shù)成為各大軍事/科技強(qiáng)國(guó)研究、投資的重點(diǎn)領(lǐng)域。與美國(guó)、俄羅斯側(cè)重于高超聲速技術(shù)研究的平臺(tái)化、武器化不同，德國(guó)更為關(guān)注基礎(chǔ)研究。

DLR啟動(dòng)了SHEFEX項(xiàng)目，提出明確而清晰的發(fā)展規(guī)劃。該項(xiàng)目以降低載人航天器的使用成本、改善其空氣動(dòng)力學(xué)性能為目標(biāo)，重點(diǎn)研究銳邊飛行器的氣動(dòng)、結(jié)構(gòu)及熱力學(xué)性能。相關(guān)研究成果也可用于其他種類的高超聲速飛行器，如空天飛機(jī)等。DLR分別于2005 年和2012年在挪威完成了高超聲速飛行器SHEFEX1和SHEFEX 2的飛行試驗(yàn)。其中SHEFEX 2的最大飛行速度達(dá)到Ma11，成功經(jīng)受了2500 ℃的考驗(yàn)，同步采集到大量數(shù)據(jù),目前正在開展SHEFEX 3的研究工作。

在開展自主研究的同時(shí)，德國(guó)也非常重視國(guó)際合作。尤其是在歐盟科技合作框架下主導(dǎo)了多個(gè)高超聲速項(xiàng)目的發(fā)展，取得了顯著成果。

SHEFEX 項(xiàng)目發(fā)展規(guī)劃

從2005年 開 始， 歐 盟 第 六科技框架將發(fā)展民用高超聲速飛行器列入研究計(jì)劃。由此展開的LAPCAT-Ⅰ/Ⅱ、ATLLAS-Ⅰ/II、HEXAFLY和HEXAFLY-International等研究項(xiàng)目前后延續(xù)十余年，其主要目標(biāo)是開發(fā)/掌握關(guān)鍵技術(shù)、建立歐盟的專業(yè)研究團(tuán)隊(duì)。其橫向研究范圍涵蓋高超聲速技術(shù)基礎(chǔ)研究、大氣層內(nèi)高超聲速運(yùn)輸以及空間再入等領(lǐng)域，縱向研究對(duì)象包括概念分析、基礎(chǔ)研究、工程方案和演示驗(yàn)證等內(nèi)容。德國(guó)的研究機(jī)構(gòu)、高等院校和制造企業(yè)均在其中扮演著核心角色。

以LAPCAT項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目于2005年啟動(dòng)，旨在將歐洲各研究機(jī)構(gòu)獨(dú)立開展的高速吸氣式推進(jìn)系統(tǒng)基礎(chǔ)研究成果進(jìn)行有效整合。涉及德國(guó)3個(gè)研究機(jī)構(gòu)，研制經(jīng)費(fèi)占比高達(dá)32%。其主要研究?jī)?nèi)容包括：飛行器及吸氣式動(dòng)力循環(huán)分析；整機(jī)氣動(dòng)熱力學(xué)（計(jì)算流體力學(xué)和地面試驗(yàn)）；高超聲速進(jìn)氣道氣動(dòng)熱力學(xué)；在直連式和自由射流設(shè)備上開展超聲速燃燒試驗(yàn)；空氣渦輪火箭燃?xì)獍l(fā)生器燃燒室的試驗(yàn)及數(shù)值模擬；超聲速燃燒過(guò)程中的霧化、摻混過(guò)程建模；NOx降低和環(huán)境化學(xué)建模。

2010年后，德國(guó)充分應(yīng)用高超聲速基礎(chǔ)研究的技術(shù)成果，將研究重點(diǎn)擴(kuò)展至飛行平臺(tái)及動(dòng)力系統(tǒng)的集成和驗(yàn)證方面。其中最具代表性的是亞軌道飛行器SpaceLiner和再入飛行試驗(yàn)平臺(tái)EXPERT。

SpaceLiner基于歐盟投資支持的未來(lái)高空高速運(yùn)輸（FAST20XX）項(xiàng)目，由歐盟范圍內(nèi)16家參研單位針對(duì)DLR提出的先進(jìn)亞軌道飛行器概念進(jìn)行系統(tǒng)分析和飛行軌跡優(yōu)化。同時(shí)在混合動(dòng)力、新型高性能冷卻技術(shù)、分離技術(shù)、流動(dòng)控制、制導(dǎo)和導(dǎo)航控制技術(shù)以及安全性分析技術(shù)等方面開展深入研究，從而固化最終設(shè)計(jì)方案。SpaceLiner作為兩級(jí)入軌的可重復(fù)使用飛行器，動(dòng)力系統(tǒng)采用以液氫/液氧為推進(jìn)劑的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，該型發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)使用次數(shù)超過(guò)25次。

歐洲再入飛行試驗(yàn)平臺(tái)EXPERT，著重研究高超聲速再入過(guò)程中的高溫氣體效應(yīng)。其主要目的是為典型環(huán)境下的熱力學(xué)模型、程序開發(fā)和地面試驗(yàn)設(shè)備提供飛行測(cè)試與驗(yàn)證平臺(tái)。項(xiàng)目研究團(tuán)隊(duì)在飛行器表面采用了十余種特種飛行測(cè)試技術(shù)，搭載了大量測(cè)試傳感器，這些設(shè)備一半以上由德國(guó)研制。雖然為了加快研制速度，EXPERT后續(xù)飛行驗(yàn)證活動(dòng)將采用火箭動(dòng)力進(jìn)行發(fā)射任務(wù)。相關(guān)動(dòng)力系統(tǒng)研究團(tuán)隊(duì)也在全面開展TBCC發(fā)動(dòng)機(jī)方案設(shè)計(jì)，并同步進(jìn)行燃燒、冷卻、熱防護(hù)和材料等方面的基礎(chǔ)研究。

歐盟的高超聲速研究總體路線圖

技術(shù)革新階段——充分開展前沿性探索驗(yàn)證，為下一代飛行平臺(tái)及推進(jìn)系統(tǒng)提供充分的技術(shù)儲(chǔ)備

近年來(lái)，得益于歐盟科技合作戰(zhàn)略，德國(guó)憑借其高超聲速基礎(chǔ)研究成果，更為深入地參與國(guó)際合作。攜手俄羅斯、澳大利亞等國(guó)家，共同打造多個(gè)新一代高超聲速飛行驗(yàn)證平臺(tái)。

其中最具代表性的是自2014年啟動(dòng)的國(guó)際合作框架下的高超聲速飛行試驗(yàn)（Hexafly-Int）項(xiàng)目。該項(xiàng)目力圖打造一個(gè)凝聚多學(xué)科研究成果的飛行驗(yàn)證平臺(tái)，集成并試驗(yàn)各種前沿性、突破性的技術(shù)，打造一款兼具超遠(yuǎn)航程和可承受耗油率的民用飛行器。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，研制團(tuán)隊(duì)必須克服多個(gè)方面的技術(shù)挑戰(zhàn)，從總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、不同巡航速度下飛行穩(wěn)定性控制、發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，到抗氧化/抗疲勞高溫材料制備、健康管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)、污染物排放控制，無(wú)不對(duì)現(xiàn)有的設(shè)計(jì)理念、制造工藝和試驗(yàn)手段提出了巨大的挑戰(zhàn)。

對(duì)于德國(guó)而言，由于在基礎(chǔ)研究中取得了階段性成果，以及早期參與多個(gè)高超聲速飛行平臺(tái)的研制，因此可在多個(gè)方面有效開展驗(yàn)證工作。首先，充分優(yōu)化飛行器的流體力學(xué)結(jié)構(gòu)，在與歐洲航天局、俄羅斯中央空氣流體力學(xué)研究院等機(jī)構(gòu)的合作中，DLR可以使用高性能計(jì)算機(jī)，充分開展流體動(dòng)力學(xué)數(shù)值計(jì)算（CFD），有效縮短從實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證到飛行驗(yàn)證的時(shí)間。其次，與法國(guó)航空航天研究院、意大利航空航天研究中心等歐洲科研機(jī)構(gòu)開展聯(lián)合研制活動(dòng)，結(jié)合各自的機(jī)載設(shè)備/任務(wù)載荷研究?jī)?yōu)勢(shì)，不斷提升飛行器有限負(fù)載能力（體積及質(zhì)量）的最大利用率。再次，針對(duì)下一階段的高速滑翔飛行驗(yàn)證（Ma7 ～8），持續(xù)改進(jìn)飛行器蒙皮、發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室等單元體/部件高溫材料的性能，使其能夠有效滿足長(zhǎng)時(shí)間高超聲速巡航（如洲際飛行）的機(jī)體壽命和熱管理需求。最后，抓住國(guó)際合作的機(jī)遇，有效利用俄羅斯、澳大利亞的大型試驗(yàn)設(shè)施（如悉尼大學(xué)的Marulan低速飛行試驗(yàn)場(chǎng)，以及俄羅斯中央空氣流體動(dòng)力學(xué)研究院的T-116風(fēng)洞）和巴西的航天發(fā)射設(shè)備，擴(kuò)大試驗(yàn)內(nèi)容，開展更高水平的驗(yàn)證活動(dòng)。

EXPERT 試驗(yàn)載荷

Hexafly-Int項(xiàng)目氣動(dòng)外形數(shù)值仿真計(jì)算示意圖

此外，在歐盟地平線2020項(xiàng)目中，DLR與其他5家企業(yè)聯(lián)合開展了可重復(fù)火箭關(guān)鍵技術(shù)及驗(yàn)證（RETALT）項(xiàng)目。該項(xiàng)目研究周期為3年，團(tuán)隊(duì)研究了可回收火箭所涉及的空氣動(dòng)力學(xué)、氣動(dòng)熱力學(xué)（如全軌跡范圍內(nèi)飛行器表面的溫度變化）、飛行動(dòng)力學(xué)、制導(dǎo)和導(dǎo)航、先進(jìn)的結(jié)構(gòu)部件和材料力學(xué)等基礎(chǔ)研究。研制團(tuán)隊(duì)先后提出了兩種類型的發(fā)射系統(tǒng)，一種是與傳統(tǒng)的火箭發(fā)射系統(tǒng)（如“獵鷹”9、阿麗亞娜5等）類似的兩級(jí)火箭發(fā)射系統(tǒng)，設(shè)計(jì)概念中將對(duì)發(fā)射系統(tǒng)的第一級(jí)進(jìn)行回收；第二種發(fā)射系統(tǒng)僅有一級(jí)，這是一種更具研究?jī)r(jià)值的構(gòu)型，根據(jù)設(shè)計(jì)構(gòu)想，火箭在重返大氣層后，依靠可回收的推進(jìn)系統(tǒng)以及大面積氣動(dòng)構(gòu)型底座進(jìn)行降落。為了驗(yàn)證飛行的安全性和技術(shù)有效性，RETALT項(xiàng)目將在DLR的高超聲速風(fēng)洞中進(jìn)行試驗(yàn)，并試制1/3比例的火箭模型以進(jìn)行可回收技術(shù)試驗(yàn)。

在軍事裝備研制領(lǐng)域，隨著美國(guó)、俄羅斯開始裝備高超聲速武器并展開持續(xù)性研究，為了應(yīng)對(duì)潛在的威脅，德國(guó)軍方也于2018年啟動(dòng)了高超聲速滑翔飛行器的研制計(jì)劃。根據(jù)歐洲導(dǎo)彈集團(tuán)（MBDA）的代表透露，德國(guó)計(jì)劃開展的研究對(duì)象并不是高超聲速進(jìn)攻性武器，而是一種專門防御高超聲速飛機(jī)/導(dǎo)彈的反導(dǎo)系統(tǒng)。目前該項(xiàng)目仍處于初期研制階段，計(jì)劃在近兩年內(nèi)開展試驗(yàn)、驗(yàn)證工作。

動(dòng)力系統(tǒng)的演變思路——吸氣式渦輪基沖壓組合發(fā)動(dòng)機(jī)是未來(lái)的研究方向

德國(guó)經(jīng)歷了高超聲速研究的各個(gè)階段，伴隨著研究水平的不斷深入，德國(guó)的科學(xué)家、工程師對(duì)于高超聲速飛行平臺(tái)應(yīng)該配備一套怎樣的動(dòng)力系統(tǒng)，以及如何進(jìn)行相應(yīng)的工藝、材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)行了長(zhǎng)期而深入的思索。

20世紀(jì)40年代研制成功的液體燃料火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，不僅為V2和“銀鳥”等多種飛行器提供了足夠的推力和推進(jìn)速度，其裝備、技術(shù)層面的衍生品更是為蘇聯(lián)人造地球衛(wèi)星成功發(fā)射、美國(guó)阿波羅登月等科學(xué)里程碑項(xiàng)目提供了借鑒和參考。由于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的一次性使用周期，導(dǎo)致高超聲速飛行器發(fā)射成本居高不下。德國(guó)研究團(tuán)隊(duì)開始采用渦輪基沖壓組合發(fā)動(dòng)機(jī)與液體燃料火箭發(fā)動(dòng)機(jī)相結(jié)合的形式實(shí)現(xiàn)飛行器兩級(jí)入軌，從而在工程應(yīng)用角度將概念化的設(shè)計(jì)方案轉(zhuǎn)換為可客觀評(píng)估和量化研究的系統(tǒng)平臺(tái)。雖然還存在著諸多至今都需要攻克的技術(shù)難題，再加上可重復(fù)使用火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的成熟應(yīng)用，在可預(yù)見的時(shí)期內(nèi)還要依靠后者完成大量發(fā)射任務(wù)；但是超過(guò)100次的全生命周期重復(fù)使用次數(shù)、靈活的發(fā)射/著陸地點(diǎn)、可調(diào)節(jié)的推力和推進(jìn)速度等使得吸氣式渦輪基沖壓組合發(fā)動(dòng)機(jī)成為高超聲速飛行器在動(dòng)力系統(tǒng)方面公認(rèn)的發(fā)展方向。與之相配套的材料、工藝、結(jié)構(gòu)等方面的基礎(chǔ)研究工作也得到了持續(xù)和穩(wěn)步的推進(jìn)。

結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)如今，圍繞高超聲速技術(shù)研究展開的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)不斷加深和擴(kuò)大。作為其中的主要參與者，德國(guó)對(duì)于自身的研究實(shí)力和發(fā)展后勁有著非常清醒的認(rèn)識(shí)，其研究模式有著極高的參考價(jià)值：首先，有效整合國(guó)內(nèi)的研究資源，通過(guò)經(jīng)濟(jì)手段將分散的研究機(jī)構(gòu)、專業(yè)院校及制造企業(yè)，聚合形成一體化的研制團(tuán)隊(duì)；其次，在國(guó)際合作的平臺(tái)下，以研發(fā)項(xiàng)目需求為牽引，以常態(tài)化的基礎(chǔ)研究為儲(chǔ)備、以技術(shù)突破為著力點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)研究資源的最優(yōu)化分配；第三，同步開展飛行平臺(tái)和動(dòng)力系統(tǒng)研究，在軍事、商業(yè)項(xiàng)目之間充分共享技術(shù)成果。