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印度正在開發一種本土的的高超聲速巡航導彈

軍工資源網 2022年04月13日

前言：印度正在開發一種本土的的高超聲速巡航導彈，“高超聲速技術驗證飛行器”(HSTDV)作為該計劃的一部分，在2020年9月成功測試，標志著印度的吸氣式高超聲速技術邁出了重要一步。未來，印度計劃將高超聲速發動機技術用于低成本發射衛星和發展高超聲速巡航導彈。

發展歷程

“高超聲速技術驗證飛行器”(HSTDV)是由印度國防研究與發展組織(DRDO)下屬的國防研究與發展實驗室(DRDL)開發的用于高超聲速飛行試驗的超燃沖壓發動機技術驗證機，也是印度高超聲速巡航導彈開發計劃的一部分。HSTDV計劃的目標是開發地面和飛行測試硬件，最終在32.5km的高度實現6Ma的飛行速度。

2000年，DRDO啟動了HSTDV的相關工作。2003年，DRDO開始了HSTDV的可行性研究。2004年，DRDO完成了HSTDV的初步設計工作。2007年2月,在印度航空航天展覽會上首次展出了HSTDV模型。2016年，DRDO宣布將在年底進行測試，但是計劃被推遲了。

2019年6月12日，DRDL在阿卜杜勒·卡拉姆島基地的綜合試驗靶場4號發射臺進行了HSTDV的首次飛行試驗。按照原計劃，HSTDV搭載在“烈火-1”固體火箭助推器上，在飛行至30～40km高空后與助推器分離，并啟動超燃沖壓發動機，以6Ma的速度飛行。DRDO在試驗后發表聲明稱，這次試驗成功驗證了超燃沖壓發動機的關鍵技術，并取得了關鍵的試驗數據。不過之后的媒體報道顯示“烈火-1”固體火箭助推器并沒有將HSTDV送到預期的高度，測試未完整進行。

HSTDV飛行示意圖

2020年9月7日，DRDO再次開展了HSTDV的飛行試驗，成功展示了高超聲速超燃沖壓發動機技術。HSTDV搭載在固體火箭助推器上，在上升到30km的高度時，整流罩分離，隨后HSTDV分離，超燃沖壓發動機成功點火。在持續高超聲速燃燒20s后，HSTDV達到6Ma的速度。在試驗中，多個跟蹤雷達、光電系統和遙測站監測了飛行器的相關參數。

這次試飛成功驗證了用于高超聲速機動的氣動構型、超燃沖壓發動機的點火和高超聲速流動下的持續燃燒、高超聲速分離機制以及高溫材料的熱結構特性等關鍵技術，也展示了印度超燃沖壓發動機燃油噴注和自動點火等技術的成熟。

2020年9月，HSTDV成功完成飛行試驗

設計開發

HSTDV的結構如下所示，橫截面為扁平八角形,機體中部裝有一對短翼,機體后部裝有傾斜垂直尾翼。進氣道橫截面形狀為矩形。機體下表面、機翼和尾翼由鈦合金制成,而機體上表面由鋁合金復合材料制成。

HSTDV的3D模型

2003年9月，DRDO進行了HSTDV的可行性研究，研究發現超燃沖壓發動機的燃燒室溫度范圍在2227～2527℃。因此，DRDO確定了兩種耐高溫材料，即C-263鎳基合金和C-103鈮基合金。在最初的開發過程中，DRDO計劃將C-103材料用在燃燒室內層結構，將C-263材料用在外層結構，然而在采用了TIG焊、電子束焊、擴散鍵合等方法后均不能成功焊接兩種材料。在中期開發過程中，DRDO減小了HSTDV的設計寬度。基于這種設計，之后的超燃沖壓發動機燃燒室使用C-263合金制造。

2005年，DRDO在印度科學研究所(IISc)的超聲速激波風洞HST4中測試了全尺寸超燃沖壓發動機燃燒室(如下圖所示)的氣動特性。其中矩形截面的入口尺寸為100mm×230mm，出口尺寸為250mm×230mm。

DRDO在HST4激波風洞中對HSTDV的縮尺模型的進氣道(如下圖所示)進行了試驗研究。

地面試驗設施

“高超聲速技術驗證飛行器”(HSTDV)的發展離不開地面試驗設施，尤其是高超聲速風洞。印度建造了包括高超聲速風洞和激波風洞在內的許多大型試驗設備。1973年，印度建成了第一個高超音速激波風洞(HST)。根據美國國會研究服務中心(CRS)2021年更新的《高超聲速武器：背景和國會議題》報告顯示，印度運營著大約12個高超音速風洞，能夠測試高達13Ma的速度。

印度第一個高超音速激波風洞HST1

印度科學研究所(IISc)航空航天工程系的高焓空氣動力實驗室是印度的高超聲速試驗中心，該實驗室在2010年更名為高超聲速和沖擊波研究實驗室(LHSR)。該實驗室現有5臺高超聲速測試設施，包括一系列的常規高超聲速激波風洞，如HST1激波風洞(50mm內徑激波管+300mm直徑試驗段)，HST2激波風洞(50mm內徑激波管+300mm直徑試驗段)，HST4激波風洞(165mm內徑激波管+1m直徑試驗段)，高超聲速自由活塞激波風洞HST3(165mm內徑壓縮管+50mm內徑激波管+20kg活塞+300mm自由射流管)，以及燃燒驅動激波風洞HST5(105mm內徑激波管)。

印度科學研究所(IISc)的高焓空氣動力實驗室

2020年12月，DRDO啟動了印度最先進的高超聲速風洞(HWT)試驗設施，這是一個采用壓力真空驅動的封閉式自由射流試驗臺，噴嘴出口直徑1m，可模擬5～12Ma的高超聲速氣流。

小結：

印度開展HSTDV項目已經近20年，在超燃沖壓發動機技術上已經取得了很大的進步，驗證了超燃沖壓發動機的氣動構型、點火和高超聲速流動下的持續燃燒、高超聲速分離以及高溫材料的熱結構特性等關鍵技術，有力推動了印度高超聲速技術的發展。除了HSTDV項目，印度還在與俄羅斯合作開發飛行速度7Ma的高超聲速巡航導彈“布拉莫斯-2”，目前計劃在2028年之前實現初步作戰能力。

參考資料

[1]Hypersonic Weapons:Background and Issues for Congress.

[2]A Review on Hypersonic Propulsion Technology: From History to Present Scenario with a Brief Overview of Hypersonic Propulsion Programs in India.

[3]DRDO conducts maiden test of hypersonic technology demonstrator.

[4]Hypersonic Flight and Ground Testing Activities in India.

[5]Hypersonic Technology Demonstration Vehicle(HSTDV).

[6]Hypersonic and directed-energy weapons:Who has them, and who’s winning the race in the Asia-Pacific?

[7]All you need to know about DRDO’s successful flight test of Hypersonic Technology Demonstrator Vehicle(HSTDV).

[8]Rajnath Singh inaugurates India's first hypersonic wind tunnel test facility.

[9]鄭義,韓洪濤,王璐.2020年國外高超聲速技術發展回顧[J].戰術導彈技術,2021(01):38-43+106.DOI:10.16358/j.issn.1009-1300.2021.1.503.

[10]文蘇麗,何煦虹,葉蕾.印度高超聲速技術驗證器HSTDV[J].飛航導彈,2010(05):75-76.DOI:10.16338/j.issn.1009-1319.2010.05.005.

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