ＲＡＴＴＬＲＳ驗證試飛指日可待

亞　丁

針對全球敏捷打擊的作戰(zhàn)需求，美國海軍研究辦公室于2003年發(fā)起了一個稱之為“時敏目標(biāo)遠程打擊創(chuàng)新方法”(RATTLRs)項目，力圖通過廣泛的技術(shù)驗證，尋找到一種切實可行的高速巡航導(dǎo)彈技術(shù)。在經(jīng)過6年多時間的潛心發(fā)展后，RATTLRs已經(jīng)從概念評估、方案競爭發(fā)展到系統(tǒng)研制階段，目前正在對至關(guān)重要的YJ102渦噴發(fā)動機進行臺架試驗，首次驗證試飛已經(jīng)為期不遠。

洛馬方案脫穎而出

RATTLRS項目實質(zhì)上是一項技術(shù)應(yīng)用驗證計劃，并不是明確要求發(fā)展一種具體的武器型號。盡管有些拗口，但充分體現(xiàn)了美國國防部正重點發(fā)展新型導(dǎo)彈系統(tǒng)的主要特征，即具有遠距、高速、精準(zhǔn)地打擊目標(biāo)的能力。對于美國海軍而言，長期以來積極探索超聲速巡航導(dǎo)彈的努力正在取得切實可行的進展。

作為NAI計劃的一個組成部分，RATTLRS項目在工程技術(shù)方面的主要目的在于驗證和增強一次性超聲速飛行器的高速巡航性能。然而，美國海軍則希望這種驗證平臺的試飛，不僅可以證明有關(guān)技術(shù)方案的可行性，而且還應(yīng)表明是否具有發(fā)展成為一種戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈系統(tǒng)的潛力。為此，美國海軍基于現(xiàn)役多種作戰(zhàn)平臺發(fā)射超聲速巡航導(dǎo)彈的長遠考慮，在RATTLRS項目中提出了更加明確的要求：按照巡航導(dǎo)彈的尺寸、重量和構(gòu)型來設(shè)計和研制一種驗證飛行器，僅采用一臺渦輪發(fā)動機，試飛中能夠以0.25g加速度實現(xiàn)從亞聲速發(fā)射到超聲速巡航，在M3.0狀態(tài)下巡航時間超過5分鐘。

從作戰(zhàn)準(zhǔn)備過程來看，現(xiàn)役的“戰(zhàn)斧”導(dǎo)彈需要花幾個小時才能完成從輸入程序，發(fā)射到飛抵目標(biāo)區(qū)域的整個作戰(zhàn)過程。相比之下，攜帶RATTLRS導(dǎo)彈的戰(zhàn)斗機在目標(biāo)區(qū)域附近巡航時，可以在接到情報或命令后，將以往的幾個小時縮短到幾分鐘，迅速作出戰(zhàn)術(shù)響應(yīng)，即便是遠在海上的美國軍艦也能利用RATTLRS導(dǎo)彈在30分鐘內(nèi)摧毀目標(biāo)。

自從2004年初啟動以來，RATTLRS項目進展一直比較順利。當(dāng)年3月1日，美國海軍研究辦公室向4家公司授予了第一階段概念發(fā)展合同，軌道科學(xué)公司、洛馬公司，雷神公司和波音公司分別提出各自的超聲速技術(shù)的新概念及其發(fā)展?jié)摿Α＝?jīng)過近一年的初步評估和論證，美國海軍將價值1.57億美元的第二階段合同授予了洛馬公司，用于設(shè)計、制造和試飛一種RATTLRS驗證機。

洛馬公司設(shè)計方案的脫穎而出，很大程度上借助于傳統(tǒng)技術(shù)與創(chuàng)新技術(shù)的有機結(jié)合所具備的可行性。近半個世紀前，臭鼬工廠的凱利·約翰遜就潛心設(shè)計了具有3倍聲速性能的高空截擊機和偵察機，最后推出了驚世駭俗的“黑鳥”戰(zhàn)略偵察機和鮮為人知的D-21無人偵察機。時隔40多年后，臭鼬工廠針對RATTLRS項目的設(shè)計目標(biāo)，在總體方案的設(shè)計上“坐享其成”地采用了SR-71偵察機推進系統(tǒng)的設(shè)計理念。

但是，在RATTLRS項目的設(shè)計要求下，SR-71飛機采用的J58渦噴發(fā)動機技術(shù)早已時過境遷，今天的設(shè)計人員再次面臨著推進系統(tǒng)的諸多技術(shù)挑戰(zhàn)。這種情況下，著名發(fā)動機廠商羅羅公司在美國新近創(chuàng)建的北美先進技術(shù)公司(又稱為“自由工廠”)在美國海軍研究辦公室的資助下，為臭鼬工廠提供了有力的技術(shù)支持，一種全新研制的高性能YJ102R發(fā)動機成為了RATTLRS驗證機的動力裝置。

公開展示總體構(gòu)型

經(jīng)過兩年多時間的研制與發(fā)展，臭鼬工廠凍結(jié)了RATTLRS項目的設(shè)計方案。2006年5月24日，美國海軍研究辦公室和洛馬公司在美國紐約舉行的第19屆“艦隊周”上，首次公開展示了RATTLRS驗證機的全尺寸模型，引發(fā)了世界各國的極大關(guān)注。特別是尾翼上那只精靈的小鼬鼠，似乎預(yù)示著臭鼬工廠打造的新型超聲速攻擊武器已經(jīng)初露端倪。

從外觀來看，RATTLRS驗證機如同一只放大的梭鏢，簡潔的氣動布局似乎更接近一架無人駕駛的超聲速戰(zhàn)斗機。為了減小超聲速飛行時的激波阻力，切尖的大后掠三角翼帶有明顯的尖削前緣，并一直延伸到機體前部，形成銳利的邊條翼。值得注意的是，美國海軍目前公開的超聲速戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈想像圖中，彈翼和舵面將可以折疊，以便實現(xiàn)艦載發(fā)射。據(jù)透露，它的總長為6.096米，重量為908千克。

令人感到似曾相識的是，RATTLRS驗證機在一定程度上沿襲了SR-71飛機進氣道的主要設(shè)計，采用了尖銳修長的整流錐。前后可移動的整流錐采用了內(nèi)、外壓混合式壓縮，具有良好的超聲速性能，用于降低高馬赫數(shù)下的激波損失和改變進口幾何面積。隨著馬赫數(shù)的增大，整流錐從最前位置向后移動，在接近M3.0巡航速度時處于最后位置，以滿足從亞聲速到M3.0巡航飛行時發(fā)動機的工作需要。同樣，進氣道殼體上專門設(shè)計有縫隙狀的放氣門和進氣門，分別用于不同速度條件下控制內(nèi)部通道的空氣流量和壓力，調(diào)節(jié)發(fā)動機與進氣道的工作匹配。

值得注意的是，RATTLRS驗證機采用了塞式噴管，這與“黑鳥”采用的引射噴管明顯不同。究其原因，早年的引射噴管設(shè)計有活動魚鱗片和輔助進氣門，同時利用進氣道旁路氣流的有效配合，才能實現(xiàn)不同飛行速度的需要。而RATTLRS驗證機通過采用錐體式塞體，充分利用燃氣的外膨脹過程，在更寬的工作條件下獲得良好的推力性能，使得結(jié)構(gòu)更加簡單，重量相應(yīng)減輕。

從整個推進系統(tǒng)來看，YJ102R發(fā)動機盡管具有很高的推重比，但在M3.0巡航速度下，其產(chǎn)生的推力可能只有總推力的30％，其余70％推力來自于精心設(shè)計的進氣與排氣系統(tǒng)。此時，YJ102R發(fā)動機主要作用是維持推進系統(tǒng)的空氣流動。

精心打造全新動力

頗具前衛(wèi)風(fēng)格的RATTLRS驗證機的關(guān)鍵技術(shù)更多地體現(xiàn)于專門設(shè)計的YJ102R發(fā)動機上，其性能是否達到預(yù)期指標(biāo)也成為這個項目的關(guān)鍵。2006年5月，YJ102R發(fā)動機與RATFLRS全尺寸模型同時公開展出，使得外界有機會目睹這種外形精巧、性能優(yōu)異的渦輪噴氣發(fā)動機。然而，面對媒體的好奇和追問，有關(guān)研制人員只是對比介紹了這種發(fā)動機與J58發(fā)動機之間的一些異同，對于一些核心技術(shù)仍然諱莫如深。

與SR-71偵察機上安裝的普惠公司J58渦噴發(fā)動機相比，YJ102R發(fā)動機只有其6％的重量、25％的直徑和26％的長度，這似乎印證了人們對于后者的直觀認識。作為彈用發(fā)動機，它的直徑只有330毫米，在設(shè)計上采用了更加簡單的空氣流路，通過減少零部件數(shù)量來簡化結(jié)構(gòu)、降低成本，因此凈推力達到J58發(fā)動機的一半，估計最大推力在70千牛以上。

自由工廠的研制人員證實，YJ102R發(fā)動機的單位推力是J58發(fā)動機的6倍，似乎有些令人難以置信。單位推力是表征發(fā)動機性能優(yōu)劣的一個關(guān)鍵參數(shù)，主要是由壓氣機的增壓比和渦輪前溫度所決定。

正如公開報道中所提到的“高溫空氣成為關(guān)鍵”，其秘密在于采用了多孔高溫合金制造的一種“層狀合金”(Lamilloy)，可以吹入來自壓氣機的高壓空氣，為燃燒室和渦輪部件提供蒸發(fā)式冷卻。層狀合金的特點是可以工作在極高的溫度下，因此空氣溫度不會降低冷卻，仍然用于產(chǎn)生推力。

基于彈用發(fā)動機的一次性使用特點，YJ102R發(fā)動機的這兩個參數(shù)有可能已經(jīng)處于極限水平。極高溫度所產(chǎn)生的強大渦輪功，直接作用是增大了壓氣機的轉(zhuǎn)速，從而提高了壓氣機的增壓比，甚至不得不在這種小發(fā)動機上的前兩級靜子葉片上采取旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)措施，以確保發(fā)動機工作穩(wěn)定。由于熱力循環(huán)參數(shù)均達到很高水平，YJ102R發(fā)動機擁有了一個非常先進的核心機。倘若按照推重比來比較，YJ102R發(fā)動機可能成為目前世界上最大功率的渦噴發(fā)動機。

正因如此，YJ102R發(fā)動機沒有采用加力燃燒室，簡化了結(jié)構(gòu)，減輕了重量。當(dāng)年，SR-71偵察機借助于J58發(fā)動機的加力燃燒室才能加速并達到M3.0的巡航速度，而RATTLRS驗證機憑借著YJ102R發(fā)動機的出色性能，無需采用加力燃燒室，就能實現(xiàn)M3.0以上的超聲速飛行。這樣帶來的一個直接好處是，節(jié)省燃油消耗，增加導(dǎo)彈射程。目前，射程到底有多遠還處于保密之中，但是據(jù)稱首次飛行的目標(biāo)預(yù)計達到920千米以上。

不可忽視的是，YJ102R發(fā)動機采用先進的全權(quán)限數(shù)字式控制系統(tǒng)，從而使RATTLRS驗證機可以發(fā)展成為更加靈活的系統(tǒng)，突破了以往采用沖壓發(fā)動機需要助推器和速度固定的限制。據(jù)稱，YJ102R發(fā)動機的控制系統(tǒng)已經(jīng)可以根據(jù)特定任務(wù)需要，預(yù)先設(shè)定飛行速度、射程和燃油消耗量，實現(xiàn)作戰(zhàn)平臺的最佳任務(wù)規(guī)劃。

隨著RATTLRS項目的穩(wěn)步推進，美國海軍正在根據(jù)當(dāng)初設(shè)想，計劃將新型超聲速導(dǎo)彈裝備到空中、海上和水下等不同作戰(zhàn)平臺，以便有能力在第一時間全方位地打擊時敏目標(biāo)。目前，臭鼬工廠的研制人員針對戰(zhàn)斗機、軍艦和潛艇之間存在的使用差異，嘗試利用一種基本構(gòu)型改進發(fā)展出不同尺寸和載荷的多用途導(dǎo)彈系統(tǒng)。

目前，美國海軍對于RATTLRS項目頗為看好，已經(jīng)表示有意將有關(guān)技術(shù)轉(zhuǎn)化為一種作戰(zhàn)系統(tǒng)，將會繼續(xù)提供一定經(jīng)費啟動下一階段的技術(shù)發(fā)展計劃。由此可見，美國海軍在HyFly項目遭遇挫折的情況下，已經(jīng)迫不及待地要將新型超聲速導(dǎo)彈的速度優(yōu)勢與各種發(fā)射平臺有效地結(jié)合起來，企盼早日具備“全球敏捷打擊”能力。

責(zé)任編輯：思空