印度高超音速武器发展情况

云脑智库 2022-10-31 00:00



前言:印度国防研究与发展组织(DRDO)目前在超音速发展方面有两个并行的计划,每个计划都在进度上迈出了一大步。“布拉莫斯Ⅱ”(BrahMos Ⅱ)是印度与俄罗斯的合资项目,预计将生产能够达到7马赫的高超音速巡航导弹。印度的本土研究项目——“高超音速试验演示飞行器”(HSTDV)于2019年6月12日进行首次飞行测试,但是测试并未成功,随后在2020年9月7日成功进行了测试。BrahMos Ⅱ和HSTDV都将用作携带非核弹头的导弹。


布拉莫斯II高超音速巡航导弹



布拉莫斯II是目前由印度国防研究与发展组织和俄罗斯NPO Mashinostroyenia联合开发的高超音速巡航导弹,两家单位共同组建了布拉莫斯航空航天有限公司。布拉莫斯II的射程预计为1000公里(620英里;540海里),速度为8马赫,在飞行巡航阶段,导弹将由超燃冲压喷气发动机推进。其他细节,包括导弹的生产成本和物理尺寸尚未公布。布拉莫斯II的计划作战范围最初被限制在290公里,因为俄罗斯是导弹技术控制制度(MTCR)的签署国,该制度禁止其帮助其他国家开发具有射程超过300公里(190英里;160海里)。然而,随着印度在2014年成为MTCR签署国,布拉莫斯II的性能得到增强。它的最高速度将是目前布拉莫斯I的两倍,它被描述为世界上最快的巡航导弹。


2013年的印度航展上展示了“布拉莫斯II”导弹的一个缩比模型,样弹试验原定于2017年开始。布拉莫斯航空航天公司的执行总裁在2015年8月的讲话中称,导弹精确的构型尚待确定,完整的样弹到2022年才有望完成,但截至目前并未找到任何有关样弹和测试计划的相关资料。


项目的主要问题之一是如何构建“布拉莫斯II”导弹,使其能够承受高超声速飞行过程中产生的极高温度,主要难题是要找到制造导弹最合适的材料。据悉,DRDO在高超声速导弹的研制上投入了大约2.5亿美元。“布拉莫斯II”技术验证弹的进一步试验正在位于班加罗尔的印度科学研究院进行,其高超声速风洞在模拟测试导弹设计方案各要素所必需的速度上起着关键的作用。这种高超声速导弹将只提供给印度和俄罗斯,而不会用于出口。


图表:布拉莫斯II具体参数

项目主要参数
类别高超音速巡航导弹
状态正在开发中
国家印度、俄罗斯
承包商布拉莫斯航空航天有限公司
作战范围1000公里
发动机超燃冲压发动机
设计最大速度8马赫(9800公里/小时,2700米/秒)
发射平台船舶、潜艇、飞机和陆基

资料来源:调研整理


高超声速试验演示飞行器(HSTDV)



HSTDV是用于高超音速飞行的无人超燃冲压发动机示范飞行器。它正在开发为高超音速和远程巡航导弹的运载工具,并将具有多种民用应用,包括以低成本发射小型卫星。HSTDV计划由印度国防研究与发展组织(DRDO)负责。


设计开发


该飞行器具有扁平的八角形横截面,带有中部短翼和倾斜的尾翼,以及3.7米的矩形截面进气口。超燃冲压发动机位于中体下方,后体作为排气喷嘴的一部分。前体中的两个平行围栏旨在减少溢出并增加推力。部分跨距襟翼设置在机翼后缘,用于侧倾控制。燃烧器端的可偏转喷嘴罩可偏转高达25°,以确保在断电和通电阶段具有令人满意的性能。机身底部、机翼和尾部的表面由钛合金制成,而铝合金包括顶部表面。双壁发动机内外表面都为铌合金。


DRDO在设计和开发阶段花费了3000万美元,而在HSTDV原型开发上花费了450万美元。


HSTDV技术参数


飞行测试


2019年6月12日,飞行器在阿卜杜勒卡拉姆岛由国防研究与发展组织进行了测试。使用超燃冲压发动机,它可以以6马赫的速度巡航。它于印度标准时间11:27从奥里萨邦巴拉索雷区的阿卜杜勒卡拉姆岛综合测试靶场(ITR)的4号发射台试射。因其自身的重量问题,此次测试并没有完成预期任务。而印度国防部官方声明,“导弹成功发射”,收集到的数据将被分析以“验证关键技术”。


2020年9月7日,DRDO成功测试了超燃冲压发动机驱动的高超声速技术飞行器(HSTDV)。飞行器搭载固体助推器于美国东部标准时间11:03从惠勒岛的APJ Abdul Kalam博士发射场发射。在30公里高度分离有效载荷整流罩,随后进行分离HSTDV飞行器。在持续高超音速燃烧20秒后,巡航飞行器达到了接近每秒2公里的速度。这次试飞验证了飞行器的空气动力学配置、超音速超燃冲压发动机的点火和持续燃烧、分离机制和热结构材料的特征。


HSTDV项目测试指标及试验台


印度高超音速设施


据报道,印度国防研究发展组织(DRDO)于2020年12月19日在海得拉巴正式成立高超声速风洞试验设施,该风洞为压力真空驱动封闭自由射流设备,喷嘴出口直径1米,可模拟5-12马赫高超声速气流。印度称,该风洞的建立使印度成为继美、俄之后第三个拥有该类规模和能力风洞设施的国家,为印度研制高超声速导弹和飞机包括先进中型隐形战机奠定了基础。


图表:上述高超声速风洞主要指标

项目主要参数
类别压力-真空自由喷射
试验介质空气
喷口出口直径/m1.0
马赫数5/6.5/8/10/12
滞止压力/Mpa1~10
滞止温度/K346~1400
真空等级/Pa1
质量流/kg·s-10.7~180
最小运行时间/s20
每日最多试验次数4
试验类型力、流动影像


图表:上述高超声速风洞工作包络

马赫数试验包络的最高端试验包络的最低端
P0/MpaT0/K质量流/kg·s-1P0/MpaT0/K质量流/kg·s-1
53376180134661.38
6.510575152.4148716.6
81076060.616536.5
1010104618.319122
121013776.7112110.7

资料来源:调研整理


除了上述新建的高超音速风洞以外,印度还有印度科学研究所的风洞和Vikram Sarabai空间中心(VSSC)的风洞。


印度科学研究所的风洞


印度科学研究所航空航天工程部是印度传统的高超声速研发中心。该中心拥有一系列的常规高超声速风洞设备,包括HST1激波风洞(50mm的A1激波管和300mm×300mm的试验部分),HST2激波风洞(50mm的SS激波管和300mm×300mm的试验部分),自由活塞式的高超声速激波风洞HST3(165mm的压缩管,39/50mm的激波管,20kg的活塞和300mm的自由射流),以及HST4激波风洞(165mm的SS激波管和直径为1m的试验部分)。HSTDV的全尺寸超燃冲压发动机燃烧室曾在HST4激波风洞中测量了有/无支撑杆的气动特征。


此外,印度科学研究所航空航天工程部还拥有一台中等尺寸下吹风高超声速风洞,能产生自由流马赫数6~10,雷诺数1~14×106/m,圆形试验段直径为200mm。


Vikram Sarabai空间中心(VSSC)的风洞


印度空间研究组织(ISRO)的Vikram Sarabai空间中心从事印度所有火箭和运载器的研发,已拥有一座中等尺寸的高超声速风洞和激波风洞。为满足太空舱回收试验装置、可重复使用运载器和氢燃料超燃冲压发动机地面试验的需求,该中心拥有一座大型高超声速风洞和一座大型燃烧驱动的高超声速激波风洞。


图表:VSSC中心的两座大型风洞的参数

项目高超声速风洞高超声速激波风洞
类别间歇式压力-真空下吹风燃烧驱动(将转换为自由活塞激波风洞)
试验段直径/m1.01.0
马赫数6~128~12
滞止压力/Mpa1030(驱动压)
滞止温度/K1375-
滞止焓/MJ·kg-1-
8
质量流/kg·s-1262(最大)-
运行时间/s
200.001~0.006

资料来源:调研整理


结尾


目前,印度在高超音速武器上面的主要技术支持还是来源于俄罗斯,其高超音速武器主要目标还是针对于我国和巴基斯坦方向,但就其目前的高超音速发展情况看,在2025年之前基本不存在高超音速武器装备服役的情况。但鉴于当前的国际形势,俄罗斯方面可能会提供技术上的支持。对于印度独立自主的研发道路来说,在高超音速武器方向上还有很长的路要走。


主要参考资料

1、IISc wind tunnel tests hypersonic vehicles.

2、"India test fires Hypersonic Technology Demonstrator Vehicle". Business Standard. 12 June 2019.

3、"India successfully tests hypersonic technology demonstrator with scramjet engine". Rajat pandit. Retrieved 7 September 2020.

4、"BrahMos-II Missile Program To Greatly Benefit From The Successful Test Of Russian Zircon Hypersonic Missile". Eurasian Times. 22 July 2021. Retrieved 26 July 2021.


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