飞机总体设计新一代高超声速无人机——“赤隼”第一阶段SRR总结报告学院名称：航空科学与工程学院专业名称：飞行器设计与工程组号：DT12组长：殷海鹏2013 年 4月 1日目录一、任务陈述 (4)二、市场需求 (4)三、相关竞争实施方案 (5)1. 天基信息系统 (5)2. 空基侦查系统 (5)四、运行理念 (6)1. 潜在运用对象 (6)2. 载荷能力 (6)3. 典型任务剖面 (6)（1）任务剖面1（侦查过程中发现重要作战目标） (6)（2）任务剖面2（侦查过程中未发现重要作战目标） (6)五、系统设计需求 (6)1. 设计要求 (6)（1）X-43A (7)（2）X-51A (7)（3）HTV-2 (7)（4）HTV-3X (8)六、新技术与新概念 (8)1. 激光雷达 (8)2. 气动布局 (8)3．热防护 (8)七、初始参数 (9)方案一 (9)方案二 (10)八、人员分工 (10)九、本阶段总结及下阶段任务计划 (11)十、参考资料 (12)图表目录图1 天基信息系统 (5)图2 空基侦察系统 (5)图 3 X-43A (7)图 4 X-51A (7)图 5 HTV-2 (7)图 6 方案一概念草图 (9)图7 方案二概念草图 (10)表 1 方案一初始参数 (9)表 2 方案二初始参数 (10)表 3 小组人员分工表 (10)一、任务陈述在新世纪的战争中，高超声速飞行器的优势主要体现在以下三个方面：首先是可以迅速打击数千或上万公里外的各类军事目标，大大地拓展了战场的空间。

其次，突防能力更加强大，防空系统的拦截概率因反应时间太短而大幅度下降，具有较高的突防成功率。

第三，超高速的飞行可以使得雷达难以探测，是一种新型的隐身方案。

在新的战争形态中，信息战变得越发重要，侦查机是获取信息的重要来源，同时针对重要目标，在侦查同时具有一定攻击能力会使侦查起到意想不到的效果。

从目前中国的空军机种来看，急需一款高超声速无人侦查机，此机最好还能有一定的攻击力，在侦查到重要目标时给予高效打击，对增强我国国防力量有重要作用。

二、市场需求臭鼬工厂曾预测飞行器的下一场革命将来自于‘速度’，其速度优势会让各国现役防空导弹统统变成废铜烂铁。

高超声速飞行器具有广阔的应用前景和巨大的军事价值。

纵观21世纪的战场需求，高超声速飞行器已是不可缺少的攻击型和防御型兵器，世界各国都在加速这方面的研究工作，美国当前Ma为8-10的飞行器正在试验，而在2025年计划装备Ma为12-15的飞行器。

澳、俄、法、德、日等很多国家对于高超声速飞行器的相关技术、功能、应用价值展开了积极的探讨与研究,并制定了一系列技术发展计划。

从市场规模的角度来看，此类飞行器各国都有投入，但由于技术原因，规模较小而成功率偏低，在这种情况下，能率先设计生产出超高声速无人机的国家必能在错综复杂的国际环境下争取到先机，对于现在的世界态势和中国的防御性国防策略来说，我国对超高声速无人机有着极其重要的需求，比如马航失事后，如果能出动10Ma的侦察机进行快速侦查，必可得到最新最真实的情报，在新的战争理念中，被发现就是被消灭，侦察机与其他飞机相比必将会有着更高的军事地位。

三、相关竞争实施方案1. 天基信息系统在一体化信息系统中，卫星覆盖全域，从战场信息侦察、导弹预警、指挥通信，到支持精确作战、全面增强军用平台战场环境感知能力。

卫星系统与预警指挥机、有人与无人侦察机以及地面指挥中心等战区指挥系统实现联网，形成了以卫星为核心的空天地(海)一体化的C4ISR 系统。

卫星越来越成为整个武器系统的信息核心与制高点，正发挥着不可替代的军事力量倍增作用。

2. 空基侦查系统 "全球鹰"（RQ-4A ）无人侦察机与RC-135高空电子侦察机都具有高长时续航和强侦察监视能力的特点，最大飞行高度分别为19810米与15000米以上，续航时间可达20小时，全球鹰最高可续航38小时。

SR-72高超音速无人侦察机 其最高飞行速度将达到惊人的马赫数6，正因为其速度优势，一些著名的地空导弹，如美国的“爱国者”、俄罗斯的S-400和中国的红旗-9甚至无法追上这种飞机，从而无法拦截和击落它。

同时，美军正在加紧研制新一代侦察机，如："曙光女神" (Aurora)、"全球观察者"(Global Observer)、"广阔海域无人侦察机"（BAMS ）等。

其中, "曙光女神"侦察机是美军新一代高超音速战略侦察机，最大可达6倍音速，最高可到3.88万米高空，当代的任何战斗机和地空导弹都奈何不了它。

"全球观察者"侦察机使用液氢引擎，可持续飞行一个星期，飞行高度达19812米，一次可侦查半径为960公里的区域。

图 1 天基信息系统图 2 空基侦察系统四、运行理念1. 潜在运用对象21世纪的战争形式将以信息战为主。

信息战将极大地促进情报收集技术的进步和发展。

信息情报的收集依赖于侦察卫星和侦察飞机。

临近空间高超声速无人侦察机将成为侦察卫星和有人侦察机的重要补充和增强手段。

它与侦察卫星相比，具有成本低、侦察地域控制灵活、地面目标分辨率高等特点；与有人侦察机相比，具有可昼夜持续侦察的能力，不必考虑飞行员的疲劳和伤亡等问题。

其次，临近空间高超声速无人侦察机的巡航高度及速度优势可使其有效逃脱防空系统的拦截，具有较高的突防能力。

2. 载荷能力初步预计在侦察机安装图像侦查设备（例如照相机，激光雷达，红外雷达等设备）和1-2枚精确制导导弹（例如KH-31反辐射导弹是俄制导弹，弹长4.9米，弹径0.38米，重600千克）3. 典型任务剖面（1）任务剖面1（侦查过程中发现重要作战目标）起飞－爬升－巡航侦查－待机－下降－投弹－爬升－巡航－待机－下降－着陆（2）任务剖面2（侦查过程中未发现重要作战目标）起飞－爬升－巡航侦查－下降－着陆五、系统设计需求1. 设计要求一种可空间再入、中空高速机动、低空滑翔着陆、可重复使用的新型无人飞行器；可从100km高度的空间轨道再入大气层，减速至60km高度，在20km-60km 的临近空间高度依靠空气动力以10Ma以上飞行速度可控飞行、变高度和偏航机动、大范围转场，可在20km以下高度无动力/间断动力滑翔着陆。

2.设计基准（目前已有的同类可参考机型）X-43A 长3.66m ，宽1.53m ，总重1359kg 。

采用传统的升力体结构设计，机身后部设计控制面，包括全动式水平尾翼和双垂尾与方向舵。

头部采用钨、机翼前缘与垂直安定面采用碳/碳复合材料，机翼采用哈式钴/铬/镍合金制成，飞行器外表面覆盖耐热陶瓷瓦。

X-43的发动机采用气态氢燃料和硅烷点火剂，矩形流道、机身一体化设计，并且采用可动式进气道盖板。

（2）X-51AX-51A 计划由DARPA 于2003年联合发起，计划首要目标对美国空军HyTech 计划的吸热型碳氢燃料超燃冲压发动机进行飞行实验。

X-51A长7.62m ，起飞质量1780kg ，最大宽度584.2mm 。

巡航飞行器长 4.27m ，质量671kg 。

巡航速度6~7Ma ，发射高度10700m ，发射速度4.5Ma ，动力系统为一台超燃冲压发动机和一台固体火箭助推器，燃料为JP-7碳氢燃料。

X-51A 飞行器采用乘波体设计，方柱形机身、楔形头部和无收缩的尾部，尾端串联一个固体火箭助推器，助推器尾部有稳定翼，飞行器后端有“X ”形配置的4个尾翼。

（3）HTV-2HTV-2 有洛克希德·马丁公司制造，机身长约3~3.5m ，升阻比在3.5~4之间，主要用于验证高超声速滑翔机动飞行器的气动布局技术、气动热防护设计、材料和制造工艺技术、自助制导与控制和飞行试验规划激素等，为美国发展常规快速全球打击能力做技术储备。

图 3 X-43A 图 4 X-51A 图 5 HTV-2HTV-3X，代号“黑燕”，是第一架真正可重复使用、能自由飞行的超音速冲压发动机飞机。

外形像是外星人的飞船，带有黑色的曲线、双刃剑一样的机头和椭圆形的尾喷口。

目前仍然处于计划阶段，但是它能代表自喷气式飞机诞生以来最大的气动技术突破，它将第一次全面验证一架超音速冲压发动机飞机完全依靠自身的动力，完成起飞、降落和飞行全过程所需的所有技术。

六、新技术与新概念1. 激光雷达准备在飞机上安装激光雷达，它是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。

与普通微波雷达相比,激光雷达由于使用的是激光束,工作频率较微波高了许多,因此带来了很多特点,主要有：（1）分辨率高（2）隐蔽性好、抗有源干扰能力强（3）低空探测性能好（4）体积小、质量轻。

2. 气动布局方案一：双乘波体旋转对拼式前体、翼身融合的设计方法方案二：为兼顾超高速和低俗滑翔性能考，设计采用前后可变翼的外形布局。

在低速时可以将机翼展向展开。

3．热防护拟采用现代热防护系统的发展方向即金属TPS，其结构也采用新型ARMOR 热防护结构。

ARMOR热防护结构即可适应的、耐久的、可操作的、可重复使用的热防护结构。

比如柔性支架采用镍基合金Inconel 718。

在高超声速飞行器头锥、翼缘等极高温区域热防护结构要采用超高温防热材将采用陶瓷复合材料或碳／碳复合材料。

七、初始参数方案一表1 方案一初始参数以高超声速机动飞行时，使用两侧的超燃冲压式发动机，低速降落时，使用中间的涡轮喷气式发动机。

图 6 方案一概念草图方案二表 2 方案二初始参数方案二为了提升低速性能，采用可变翼的思路，在低速阶段机翼沿展向增大，高速时收缩保证高超声速性能。

八、人员分工表3 小组人员分工表图 7 方案二概念草图九、本阶段总结及下阶段任务计划在SRR阶段。

我们首先对明确了设计要求，查询相关资料，讨论了设计需求中的重点和难点，从气动布局角度初步制定了两种设计方案其次，我们针对此飞机设计需求中的重难点对人员进行了具体的分工，将人员分为气动布局组，动力组，材料热防护组和，市场调研组。

气动组负责飞机外形设计和具体参数设计，动力组负责发动机具体参数的研究与确定，市场调研组负责任务分析与其他国家关于超高速飞行器的研究状况。

材料和热防护组主要调研超高速飞行器在高速飞行时的热防护问题。

最后，对所有资料进行整合，完成飞机的初步设计和SRR报告。

下一阶段，将是飞机的细化设计。

气动组三人与组长一起将完成外形参数的权衡研究，绘制飞机的三维模型，如果时间充裕，将进行气动布局的建模分析与气动外形创新方面的设计。

动力组三人中两人进行发动机的选定与布置方案，另外一人加入热防护组进行新型材料和热力循环的初步设计，市场调研组将参与总体参数设计方面的工作与SDR报告的书写。

第二阶段的工作重心将放在超高速飞行器的难点研究上，计划在气动外形，发动机与热防护三个最重要的难题上进行方案的定型与有限度的创新设计，这将是此飞行器的核心内容，在此工作完成后剩余的就是对飞机各个部件的细化设计从而完成方案的最终设计。