【《助推-滑翔飞行器发展现状文献综述》3500字】

助推-滑翔飞行器发展现状文献综述总体发展情况随着航天技术快速发展，导弹防御系统日臻完善，对传统的弹道式和滑翔式导弹的生存能力提出了巨大挑战。助推-滑翔飞行器因其兼具弹道导弹和飞航导弹的优点，作战空域大、机动能力强，为有效突防现有导弹防御系统提供了可能，从而受到了各军事大国的广泛研究和关注。二十世纪三十年代，德国科学家Sanger率先提出了名为“银鸟”的助推-滑翔飞行器的概念REF_Ref18753322\r\h[1]-REF_Ref66818325\r\h[3]，对助推-滑翔飞行器的飞行过程、关键技术等进行了系统的阐述与论证，受当时社会环境的限制，该飞行器并未进行研制试验。二十世纪四十年代，我国钱学森教授提出了一种能以平稳状态滑翔的高超声速火箭飞行器，其弹道形式被称为“钱学森弹道”，如REF_Ref68124329\h图11。Sanger与钱学森的理论研究成果对助推-滑翔飞行器的研究产生了深远的影响。图STYLEREF1\s1SEQ图\*ARABIC\s11钱学森弹道和Sanger弹道Fig.STYLEREF1\s1SEQFig.\*ARABIC\s11QianXuesen'strajectoryandSanger'strajectory美国于1951年开始着手助推-滑翔飞行器的研究，上个世纪历经1951年BOMI（Bomber-missile）计划，1957年Dyna-Soar（Dynamic-Soarer）计划，AlphaDraco计划，1987年HGV（HypersonicGlideVehicle）计划，1996年CAV（CommonAeroVehicle）计划等REF_Ref18753332\r\h[5]，验证了一系列的设计理念和相关技术，收集了丰富的试验数据REF_Ref18753357\r\h[6]REF_Ref18753364\r\h[7]。21世纪以来，美国提出“FALCON”计划（主要进行高超声速技术验证飞行器（HypersonicTechnologyVehicle，HTV）的研制和试验，如REF_Ref68124526\h图12和REF_Ref68124527\h图13）、“AHW”项目（主要进行升阻比较小，且飞行距离较短的高超声速武器研制和试验，如REF_Ref68124575\h图14）、“TBG”项目REF_Ref18753426\r\h[8]（主要进行战术级高超声速助推-滑翔系统演示验证原型机研制）、“LRHW”项目（主要进行远程高超声速武器的研制，如REF_Ref68124584\h图15）。图STYLEREF1\s1SEQ图\*ARABIC\s12HTV-2飞行器概念图Fig.STYLEREF1\s1SEQFig.\*ARABIC\s12ConceptfigureofHTV-2图STYLEREF1\s1SEQ图\*ARABIC\s13HTV-2飞行器试验轨迹Fig.STYLEREF1\s1SEQFig.\*ARABIC\s13TesttrajectoryofHTV-2图STYLEREF1\s1SEQ图\*ARABIC\s14AHW飞行器概念图Fig.STYLEREF1\s1SEQFig.\*ARABIC\s14ConceptfigureofAHW图STYLEREF1\s1SEQ图\*ARABIC\s15LRHW系统图Fig.STYLEREF1\s1SEQFig.\*ARABIC\s15LRHWsystem其中，“AHW”分别于2011年、2014年、2017年进行了三次试飞，第一次试飞滑翔速度达到了8马赫，第二次试验以飞行器爆炸告终，第三次试验成功实现了潜射型助推滑翔导弹的飞行验证试验，验证了飞行控制、制导算法等多项关键技术。2019年8月，美国陆军授予Dynetics公司和洛马公司总额近7亿美元的合同，用于在桑迪亚国家实验室研发成功的“AHW”基础上，研制一款远程高超声速滑翔武器“LRHW”公路机动式高超声速助推-滑翔导弹，该导弹由通用型高超声速滑翔体“C-HGB”、运输发射车、指控系统等组成。目前，“C-HGB”已分别于2017年10月和2020年3月完成了两次助推滑翔飞行试验，其中第二次试验由“北极星”-A3助推发射，飞行距离超过3200km，并成功击中目标区域。据报道，“LRHW”计划于2023年列装，这也将是美国首个准备列装的高超声速武器。可以看出美国助推-滑翔飞行器项目已经从概念验证、关键技术验证转变到演示验证原型机研制，美国的第一型助推-滑翔飞行器即将列装部队。俄罗斯的助推-滑翔飞行器研究起始于对Sanger“银鸟”飞行器的技术资料研究以及风洞试验数据。二十世纪六十年代，开展了代号为“Mig-105”的滑翔飞行器研究，如REF_Ref68124607\h图16，设计了原型机并完成高空投放试验REF_Ref18753456\r\h[9]。后来，历经“冷”、“针”、“鹰”计划，俄罗斯完成了多次高超声速滑翔飞行器飞行试验验证。1983年，苏联导弹设计局提出研发“信天翁”项目，旨在设计一种能携带滑翔有翼再入飞行器的洲际弹道导弹，以突防美国导弹防御系统REF_Ref18753463\r\h[10]。该项目于1990年进行首次飞行试验，但试验以失败告终。2007年后，俄罗斯提出“4202”项目，在“信天翁”项目的基础上继续发展助推-滑翔飞行器，该项目下“Yu-71”（如REF_Ref68124636\h图17）已于2016年实现了首次成功的飞行试验REF_Ref18753468\r\h[11]，并计划于2020～2025年间服役。2018年3月，普京披露了“4202”项目中的“先锋（Avangard）”高超声速助推-滑翔导弹REF_Ref18753426\r\h[8]，概念图如REF_Ref68124652\h图18，“先锋”助推滑翔飞行器采用RS-18弹道导弹（如REF_Ref68124672\h图19）作为助推器，飞行速度高达28马赫，可机动避开敌方反导防御。2019年12月，“先锋”导弹正式列装俄罗斯战略火箭部队REF_Ref68793848\r\h[4]，成为了世界首个服役的高超声速助推-滑翔武器。目前，俄罗斯奥伦堡州战略导弹部队已部署4套“先锋”系统，并计划于2027年底前完成共12套系统的部署。图STYLEREF1\s1SEQ图\*ARABIC\s16Mig-105飞行器Fig.STYLEREF1\s1SEQFig.\*ARABIC\s16Mig-105图STYLEREF1\s1SEQ图\*ARABIC\s17Yu-71飞行器Fig.STYLEREF1\s1SEQFig.\*ARABIC\s17Yu-71图STYLEREF1\s1SEQ图\*ARABIC\s18“先锋”高超声速助推滑翔导弹概念图Fig.STYLEREF1\s1SEQFig.\*ARABIC\s18Conceptfigureof“Avangard”图STYLEREF1\s1SEQ图\*ARABIC\s19用于发射“先锋”的RS-18助推器Fig.STYLEREF1\s1SEQFig.\*ARABIC\s19Rs-18boosterforlaunching“Avangard”除美俄以外，日本也已启动助推-滑翔飞行器项目。在2018年版《防卫白皮书》中，日本公布研发高超声速滑翔弹（HyperVelocityGlidingProjectile,HVGP）的计划。在2019年度预算申请中，日本政府已划拨了5700万美元用于HVGP关键技术研究REF_Ref18753426\r\h[8]；HVGP由火箭助推发动机和滑翔弹头组成，头部是滑翔弹头，尾部是高性能的固体火箭助推发动机。计划将助推-滑翔弹头的研发分为两个阶段，第一阶段设计“早期装备型”低升阻比弹头，预计2026年列装。第二阶段设计“性能提升型”导弹，提升弹头升阻比，预计2028年实现列装。日本在助推-滑翔导弹制导控制、热防护等技术领域已经取得了相当程度的技术积累。虽然还面临一些待攻克难关，但总体来看，已经具备了研制高超声速助推-滑翔飞行器的实力。弹道特性研究助推-滑翔飞行器在助推段借助火箭助推爬升至指定高度；然后进入变轨段调整飞行状态，直到满足起滑条件；之后进入滑翔段，根据任务要求或躲避威胁区的需求依靠气动力机动飞行，机动样式多变、机动时机不确定；当抵达飞行末段，开启末制导，下压打击目标REF_Ref68804861\r\h[12]。以典型的助推-滑翔飞行器美国的HTV-2为例，全程飞行弹道示意图如REF_Ref65441820\h图110。图STYLEREF1\s1SEQ图\*ARABIC\s110助推-滑翔飞行器全程飞行弹道示意图Fig.STYLEREF1\s1SEQFig.\*ARABIC\s110Thewholetrajectorydiagramofboost-glidevhicle助推段弹道特性研究方面，文献REF_Ref66821345\r\h[13]-REF_Ref66821428\r\h[14]对助推段动力学方程进行了充分研究。文献REF_Ref65760643\r\h[15]研究了助推段轨迹快速生成方法，给出了助推段运动学模型，分析了助推-滑翔飞行器需要满足的过程约束和终端约束条件，构造双重迭代算法快速生成助推段最优轨迹。文献REF_Ref66821055\r\h[16]建立了用于描述助推段弹道的特征参数集，离线训练神经网络弹道模型，建立输入参数与弹道轨迹的映射关系，实现弹道在线规划。滑翔段弹道特性研究成果指出，平衡滑翔弹道初始状态具有唯一性REF_Ref66818420\r\h[17]-REF_Ref66823331\r\h[20]，即只有当特定条件（平衡滑翔条件）满足时弹道才呈现出平衡滑翔特点。当平衡滑翔条件不满足时，弹道呈现出跳跃滑翔的特点REF_Ref66818449\r\h[21]-REF_Ref66818450\r\h[22]。文献REF_Ref65760721\r\h[23]基于滑翔段动力学方程，分析了平衡滑翔模式下弹道倾角、速度等参数间的关系，并通过数值仿真分析了跳跃滑翔弹道的影响因素。文献推导了平衡滑翔模式下飞行速度、纵程、高度的解析解REF_Ref65760730\r\h[24]。文献REF_Ref66818476\r\h[25]研究了跳跃滑翔模式下飞行状态参数的变化趋势，结果表明飞行速度、速度倾角、纵程等参数的变化可用一阶正交多项式表示。在横向机动特性研究方面，文献REF_Ref66818490\r\h[26]研究了助推-滑翔飞行器倾斜转弯方式，在平衡滑翔模式下分析了转弯半径和高度、倾侧角的关系。文献REF_Ref66818499\r\h[27]指出飞行速度、飞行高度和过程约束等参数都受倾侧角影响，并总结了平衡滑翔和跳跃滑翔两种模式下各参数受倾侧角影响规律。研究助推-滑翔飞行器的弹道特性具有重要意义，它是轨迹跟踪中目标运动模型构建的基础。只有构建出符合弹道特性的模型，才有可能得到高精度轨迹跟踪结果。本文将从轨迹跟踪模型建立的角度对弹道特性进行分析，总结运动特点和规律，以此为基础建立助推-滑翔飞行器运动模型。参考文献黄荣.助推—补能滑翔飞行器参数/轨迹优化与在线制导方法研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2016,1-10.李瑜.助推—滑翔导弹弹道优化与制导方法研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2009,1-8.SängerE.FromtheSilverbirdtoInterstellarVoyages[J].SupplémentAuxAnnalesDeNormandie,2006,6(2):153-159.张灿,王轶鹏,叶蕾.国外近十年高超声速飞行器技术发展综述[J].战术导弹技术,2020(06):81-86.RichieG.TheCommonAeroVehicle-Spacedeliverysystemofthefuture[C]//SpaceTechnologyConference&Exposition.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