世界各国巡航导弹动力技术发展趋势分析下

开发超燃冲压发动机技术，逐步突破射程和速度瓶颈

如上所述，目前巡航导弹的发展存在速度、射程等技术上的瓶颈，各国射程大于千米的现役巡航导弹武器均为清一色的亚声速，而射程小于千米的则为亚声速或超声速。为了突破上述限制，美国、俄罗斯/前苏联从20世纪50年代就开始围绕超燃冲压发动机技术进行探索和研究，是世界上最早开发吸气式高超声速技术的国家。法国、德国、日本、英国、印度等国也开展了相关技术研发工作，并制订了相关发展计划，进行了大量的演示验证试验，试图开发以高超声速巡航导弹为代表的第四代巡航导弹，并预计于年以后开始逐步完成工程化研制工作。其中，美国于年成功进行X-43A高超声速飞行器的飞行试验标志着超燃冲压发动机技术正式从实验室研究阶段走向工程研制阶段。目前，美国正在持续推进吸气式高超声速动力技术的开发工作。

一是制订相关发展规划：年9月16日，美空军研究实验室表示，将在未来5年内进行首次高超声速飞机的飞行试验；在21世纪20年代将高超声速技术应用于巡航导弹；在21世纪40年代实现可重复使用的高超声速技术，可执行打击和情报、监视、侦察（ISR）任务。

二是加强高超声速技术发展的组织和管理：年10月上旬，美国空军组建了一个全新的高超声速技术研究机构“高速试验分部”，其任务是实施基础研究，提供成熟的高超声速飞行技术。

三是积极实施高超声速技术的演示验证：年7月中旬，美国国防部授出“试验性空天飞机”（XS-1）项目的第一阶段合同，8月中旬，美国诺斯罗普·格鲁曼公司牵头联合团队公布XS-1的初步设计概念图；8月下旬，美国空军改装一种“气动与推进试验台”（APTU），以便用于支持史上首次中等尺寸超燃冲压发动机直连式地面试验，也称中等尺寸关键部件（MSCC）直连式试验；同月，美国和澳大利亚决定将“高超声速国际飞行研究试验”（HIFiRE）项目延长至年，以继续探索高超声速飞行原理和技术；9月上旬，美国和德国联合完成“高超声速国际飞行试验”（HIFEX）项目的高超声速风洞试验。HIFEX项目旨在提升下一代高超声速空天系统所需支撑技术的成熟程度。该高超声速空天系统目前设想的作战任务包括快速响应的全球到达、在反介入/区域拒止环境中实施即时精确打击和灵活机动等；10月17日，美国空军X-37B轨道机动飞行器结束为期天的在轨试验返回地球。这些高超声速飞行器所验证的高超声速飞行技术、可重复使用空间飞行器技术等将为美国研制开发高超声速巡航导弹及其运载平台积累技术。

俄罗斯于20世纪末、21世纪初在吸气式高超声速技术开发方面取得与美国类似的重要进展，例如，年成功利用现役“白杨”洲际弹道导弹试验了高超声速技术飞行器。目前，俄罗斯正在实施包括“布拉莫斯-2”高超声速巡航导弹在内的若干高超声速技术开发计划，其中俄中央气动力学研究院（TsAGI）于年4月下旬完成一种可重复使用、配备有火箭动力的高超声速太空飞机MRKN（意为“多用途火箭运载平台”）方案可行性研究的第一阶段工作，并计划在年继续开展MRKN的测试工作。法国已实施或正在进行“组合吸气式发动机计划”（JAPHAR）、“先进高超声速发动机研究计划”（PREPHA）、ASCP计划和“马特拉”高超声速隐身导弹计划等一系列计划。德国正在开发的高超声速导弹主要性能指标为：飞行速度为马赫数6.5，采用高能、高密度的吸热型碳氢燃料超燃冲压发动机，射程千米左右，命中精度15米以内。日本正在借助“轨道飞机实验”（HOPE）计划进行HYFLEX（高超声速飞行实验）和ALFEX（自动着陆飞行实验），正在研究的高超声速推进技术包括超燃冲压发动机和液化空气循环发动机（LACE）技术。

英国致力于开发“云霄塔”（Skylon）可重复使用空天飞机，并于年1月与美空军签署的合作开发“协同吸气式火箭发动机”（SBARE）的协议。印度正在与俄罗斯合作开发“布拉莫斯-2”高超声速巡航导弹，并于年4月8日在班加罗尔建成最新型的高超声速风洞，可模拟的速度为马赫数6～10，将用于开发高超声速技术演示飞行器（HSTDV）和“布拉莫斯-2”高超声速巡航导弹。该弹预计于年左右进行飞行试验。

总的来看，世界各国在开发超燃冲压发动机技术方面主要采取以下思路：一是动力先行，以超燃冲压发动机为突破口，带动总体、气动、材料、信息与控制等相关技术领域协调发展；二是技术验证，以飞行演示验证为重要技术手段，逐步掌握和验证高超声速技术的若干关键技术；三是统筹规划，分阶段突破有限目标，首先发展以超燃冲压发动机为动力的高超声速导弹，其次发展以组合冲压发动机为动力的高超声速飞机，最终研制成功以亚燃/超燃/火箭组合发动机为动力的空天打击平台以及完全可重复使用的天地往返运输系统。

开发脉冲爆震发动机（PDE）技术，开辟提升性能的新途径

脉冲爆震发动机（PDE）是一种基于爆震燃烧的新概念发动机。爆震燃烧产生的爆震波使可爆燃料的压力、温度迅速升高（压力可高达Pa，温度可达℃）。因此，PDE可不用传统的压气机和涡轮部件即可达到对气体进行压缩和目的，使结构大大简化、尺寸大大减少、成本大大降低。此外，由于爆震波的传播速度极快，达到每秒几千米，因此整个燃烧过程接近定容燃烧，由于定容燃烧的热循环效率大高于定压燃烧（普通的发动机都是定压燃烧），达到49％（定压燃烧效率为27％），因此采用PDE可大大改善性能。当爆震频率很高时（达到80Hz至Hz），就可产生连续的推力。另外PDE可在零速度下使用。其推重比可达20，马赫数范围0～10（吸气式为0至3或5），飞行高度0～50千米，推力范围0.5～千克。同时，PDE是目前唯一一种能以双模式工作的发动机概念，它能以吸气式和火箭式两种模式工作，例如在马赫数0～3之间和更高的范围内以有效的吸气式推进，然后以脉冲爆震火箭模式工作。因此，PDE是未来军用和航空航天运载领域有前途的新概念发动机。

从各国PDE相关技术的当前发展水平来看，其技术概念已实验室得到验证，但仍存在以下技术问题未解决：一是爆震的起爆、控制和保持。二是液体燃料与氧化剂的雾化、喷射、掺混；三是PDE辅助系统的设计；四是进口/爆震室接口的设计；五是高性能喷管的设调计；六是多个爆震管的动力耦合；七是冷却问题；八是爆震现象的精确理论分析；九是混合PDE的设计。

年，俄罗斯留里卡设计局成功研制了高推力PDE样机。该样机采用煤油空气混合物的两级燃烧模式。在试验中，该PDE样机模拟了涡扇和超燃冲压等多种工作模态，平均推力超过千克，并具有推力可调节能力，工作时间超过10分钟，比推力和燃油效率比常规喷气发动机高30％至50％。该PDE样机使用了高频气动阀技术，这将使飞行器的推重比提高1.5～2倍、航程和载荷增加30％～50％，发动机重量降低30%～50%。该设计局计划在近期开展全尺寸PDE的试验研究，并在未来推出一个PDE家族，计划配装多种类型的飞行器，例如导弹、无人机、火箭和空天飞机等。

结语

目前，世界各国已经掌握涡轮喷气发动机、冲压喷气发动机以及火箭-冲压组合式发动机技术，建成了各具特色的巡航导弹武器体系。未来，为了进一步提高巡航导弹速度、射程、突防等技战术性能，以及夺取新的战略优势，各国将大力开发脉冲爆震发动机技术、超燃冲压发动机技术等先进技术，推动巡航导弹动力技术的持续发展和巡航导弹体系的不断完善。