全球第一!中国突破可变形乘波体技术:美国却连高超音速都还没解决

8月4日，央视综合频道（CCTV-1）20点档播出的《逐梦》第七集《勇当军事变革的先锋》中有一段不到一分钟的特别报道，被眼尖的网友发现并发布到了社交媒体上，引发了各路高超爱好者的追捧，众人的解读都指向到了一个非常震撼的事实：中国可变形乘波体技术或已工程化应用！

社交媒体上有多位网友都表示，这种弹体结构成功后乘波体高超滑翔弹的弹道更加复杂，射程更远，想要拦截难度更大，中国高超滑翔弹已经登峰造极，然而美军却连基本的高超音速都还没弄明白！

乘波体：高超音速武器中非常特别的存在

俄罗斯用高超音速武器打击乌克兰境内目标的案例估计大家已经看过不少了，但要是让大家说出高超音速武器到底是什么原理，估计很多朋友还是没法一下子说明白，在分析可变形乘波体技术之前，一起来了解个高超音速的基本功还是非常有必要的。

怎样才算高超音速导弹

一般认为速度超过5马赫才被认为是高超音速，但如果要定义一款高超音速导弹却不只是速度，比如俄军打击乌克兰境内的“匕首”高超音速导弹其实并不能算是高超音速导弹，它只是实现了高音速速的速度，而速度则是暴力型火箭加速达到的，不属传统意义上所谓的高超武器。

一般认为高超音速导弹的弹道是全程可控的，使用无动力滑翔或者吸气式高超发动机推进，这两个要求就将很多伪高超给剔除出去了，比如匕首就是一种火箭推进的机载发射的弹道导弹，速度确实达到了高超，但并不属于高超导弹行列，

问题点一：高超音速有哪几种？

能实现高超音速的种类还是挺多的，就目前而言，主要分为有动力的和无动力两大类，有动力方式的高超，按动力方式分主要有如下几类：

• 1、超燃冲压型；
• 2、空气涡轮火箭型；
• 3、爆震发动机推进型（脉冲、旋转或者斜爆震）；
• 4、组合发动机推进型（TBCC、RBCC或者TRRE）；
• 5、协同吸气发动机推进型（比如预冷的英国萨博发动机和中国云龙动力等）；

这里就不展开了，有兴趣的各位可以去查查背后的原理。除了动力型高超外，还有滑翔类高超，目前主要分如下两种：

• 1、乘波体滑翔高超；
• 2、轴对称滑翔高超；

两种外观差别挺大的，乘波体可以参考瓜子外观，而轴对称就是一个带小翼的锥体或者双锥体，但基本外形还是一个圆锥体。上述列了很多高超飞行器的种类，但一般用作武器的有如下几类：

• 1、超燃冲压发动机推进型；
• 2、空气涡轮火箭推进型；
• 3、爆震发动机推进型；
• 4、乘波体滑翔高超；
• 5、轴对称滑翔高超；

其他种类都不太适合作为高超武器，原因很简单，发动机结构太复杂，成本太高，作为武器型的导弹，显然是成本越低越好。目前比较成熟的是超燃冲压发动机推进型，而最成熟应用的则是乘波体和轴对称这两类高超，我国装备了很久的DF-17导弹就是传说中的乘波体。

问题点二：乘波体的升力原理是什么？

飞行器的升力有多个来源，一个是翼面形成上下气流速度差形成的升力（伯努利原理），另一个是机翼的迎角和襟翼下偏形成的升力，还有一个则是利用边条或者鸭翼形成涡流升力，这是常规飞行器上的升力来源，一般同时使用这些模式的大都是高性能飞行器，比如战斗机等。

乘波体的主要升力来源却不是伯努利原理、也不是来自机翼迎角和涡流，而是大家不太熟悉的激波，以WIKI的解释词条就是“通过利用自身飞行产生的激波作为升力面（这种现象称为压缩升力）来提高其超音速升阻比。”

激波升力不太好理解，因为空气中的激波是一道厚度非常薄的空气压缩面，不过我们可以将其用快艇在水面上高速行驶时，水面托起快艇底部的模式来理解激波对乘波体的升力作用。低音速的飞机如果要用激波升力的话，在机翼外围会有向下的小翼，比如美国的XB-70（女武神），这架飞机的识别度很高，见过就不会忘记。

但在高超音速领域的乘波体不需要这种模式，因为斜激波形成的升力已经足够，不再需要用特别设计的向下弯曲的翼尖小翼设计来增升。在这里必须要说明下，无论是乘波体还是轴对称，但在空气动力学概念中其实都属于乘波体，因为这俩都是“御波而行”的！

大家应该都懵圈了吧，轴对称的经过特殊修型的“圆锥体”其实也是乘波体，飞行中也是依靠激波增升的，只不过这种乘波体的升阻比要比DF-17的这种乘波体要小得多，所以这种滑翔体的射程要小一些，并且在飞行过程中水平和垂直机动的范围也非常有限。

目前大家都在追求"乘波体"，但架不住轴对称的“乘波体”难度相对比较低，当然研发成本就相对也比较低了，所以率先装备的往往都是轴对称类型。

可变形乘波体：到底有哪些优势，技术上又是怎么实现的？

乘波体气动性能非常优秀，滑翔距离相当不错，但它工作时往往存在一个难以想象的复杂气动环境，比如乘波体再入大气层初期滑翔时的出初始度可能高达15马赫甚至20马赫以上，但在滑翔末端速度可能只有5~7马赫，如果弹道坡度比较低的话速度可能会更低。

那么问题来了，乘波体虽然升阻比很高，滑翔距离也很远，但这种固定气动布局结构不可能在最高速度下和最低速度同时保持最佳升阻比，如何让乘波体在固定高度投放后滑翔更远的距离？

可变形乘波体：技术上又是怎么实现的？

让高超在各种速度下的变形成最佳气动外形达到各种速度都能满足最佳升阻比，说起来简单，做起来就不那么容易了。美苏都曾有过经典的可变后掠翼战斗机，比如美国的F-14战斗机和B-1轰炸机，苏联有米格-23战斗机和图-160轰炸机，当然机型还远不止这些，本文就不一一列举了。

变后掠翼的机翼几个角度

低速时使用后掠角比较小的翼型，增大展弦比，提高升阻比，而在高速时则增大后掠角，减小展弦比，降低阻力，使其超音速性能更佳，一般这种使用一种可变后掠翼盒来实现，即机翼分成两段，内侧翼根固定，外侧机翼绕着翼根在固定几个角度或者在任意角度偏转后锁定，大展弦比起飞，小展弦比高速飞行。

当年这种机型相当流行，但随着对速度要求的降低，机动性要求的增加，这种可变后掠翼盒结构复杂，可靠性也有问题，当然关键是它的结构影响战机外挂，死重让战斗机获得的机动性优势被削弱不少，所以在四代机和五代机时代，可变后掠翼杆不再流行。

变后掠翼的图-160

乘波体时代：这种方式还能用吗？

估计大家已经在考虑了，这种冷战时期就已经用过的技术，现在直接搬家到高超上不也能用吗？还用得着如此大张旗鼓吹牛打屁？各位这样理解确实没错，因为原理是一样的，但各位千万别知道了原理就到处乱用，因为这俩的使用环境完全不一样！

在战斗机或者轰炸机上使用可变后掠翼时需要考虑的因素是结构强度与气动效果，但在乘波体要使用可变形结构时考虑不只是这两种因素，还必须要考虑变形结构的不同姿态在高超音速气动下导致高温的耐热性能。

比如翼盒的翼根与可变后掠翼之间的连接需要铰链以及气动修形，在常规战斗机上可以用橡胶或者其他材料的柔性连接，但在高超气动上这个完全无法使用，因为气动加热的高温可达800~1200℃以上，目前很难有常规柔性连接可以达到这个要求，所以对于熟悉乘波体的朋友看到这可变形乘波体，因此就会立刻就意识到了“问题的严重性”。

哪种结构可以实现可变形乘波体？

就目前论文中公开的几种可能，一种是类似战斗机结构的可伸缩变形机翼，另一种是柔性材料加上内部结构组成变形结构，或者将其使用在局部机翼边缘或者姿态控制小翼上，作为改变姿态与升阻比时使用，此前无法使用“襟翼”而只能使用喷气改变姿态，用了“柔性襟翼”后结构大幅简化，节省下来的重量可以用在增加战斗部威力上。

使用伸缩模式会降低对材料的要求，但会存在边缘过渡的接缝，后者模式更优秀，因为根本就不存在接缝，本来就是柔性结构变形，只是要实现柔性结构耐高温难度相当大，而据此前公开的资料称我国在柔性材料耐高温上已经取得了突破，并且还取得了工程化应用，看来我国在这方面已经走到了全球第一的行列。

上图是非变形体与变形体的弹道（滑翔弹道）对比，其弹道模拟的是垂直方向机动，可以看出在35千米高度以上时两者对比并不明显，原因也很简单，这个高度上大气比较稀薄，气动效果不明显，但到了30千米以下时滑翔性能相差巨大，可变形乘波体的高度维持能力非常好，而非变形体则高度急剧下降。

各位从右上角三个乘波体的外形可以看出，这个飞行器左右长度与顶部气动外形没有变化，变化的是底部复杂曲面，这个内部使用某种结构加上柔性材料达到了变形+耐高温的目的，这个应该是可变形体中难度最高的，而从央视几近于玄乎的描述中，笔者认为使用这种结构的可能性还是相当大的。

可变形耐高温材料：使用场景可不止这些

上文大致描述了可变形乘波体滑翔模式，但其实可变形材料与结构使用场景并不只是滑翔高超载具上，在吸气式高超同样适用，比如美军曾测试过的X-43A和X-51A这两种高超音速飞行器，但最后选择的是X-51A作为吸气高超武器的开发方向，另外据传闻俄罗斯的锆石高超音速导弹也用这种气动布局。

原因很简单，X-43A这种扁平结构，升阻比非常好，未来可以作为大型高超音速飞行器的气动布局，但有一个问题无法解决，最终导致X-43A玩不下去了，因为X-43A这种气动结构很难配平，低速以及低音速下机身前部产生的升力非常大，因此必须在前部配平以保证飞行器的姿态，但到了高速时尾部超燃冲压发动机的尾部喷流对飞行器影响很大。

这种结构可以看成是一个单边开口的尾喷管，这种也可以称为自适应尾喷管，为的是在低中高空都能获得自由膨胀比获得最大推力，但最大的问题是超燃冲压发动机开启后尾流会对X-43A尾部造成一个很大的升力，结果就是好不容易配平了机头，现在尾部又抬升了，到了低空低速时候又得配平，这个模式造成了很大的困扰。

耐高温的可变形材料可以在气动结构上修形改变这种尴尬局面，不至于用内部更重的结构去配平！这种可变形材料的另一个使用环境是超燃冲压发动机的进气道，了解超燃的朋友一定知道这种发动机有不少毛病，其中最麻烦的一个毛病就是速度变化时在进气道内的激波会出现变化，而超燃冲压发动机最关键的就是用激波来压缩气流并在某一段点燃。

要是速度改变太大导致激波为止变化太大，那么造成的结果就是喘振或者熄火，如果使用可变形材料在进气道内部进行调节，那么很明显可以让激波一直在合适的位置压缩气流并在适当时候点燃，超燃冲压发动机一次可以维持稳定燃烧，这对于超燃冲压发动机非常重要。

中国已经装备：美国高超音速武器却有多个黯然下马

2023年3月24日，据美国空军杂志报道，美军于3月13日进行了AGM-183A空射高超音速导弹的第二次全速飞行测试，但是该次测试“未能完全成功”。空军并没有说在测试中导弹高超音速导弹出了什么问题。

美国空军部长肯德尔表示，美国空射高超音速武器的最新测试没有取得成功；肯德尔在国会听证会上表示：“我们刚刚进行的测试并不成功。我们未能从测试中得到我们所需要的数据。”随后，美国空军装备采购部发言人公开声明，美国空军计划不再推进AGM-183A项目

AGM-183A是空射的乘波体高超音速导弹，弹头和我国的DF-17大致在同一个水准！从滑翔的轴对称到乘波体，从吸气式的超燃冲压到组合发动机，美国上马了大大小小大约十几个高超项目，但到现在为止实用化的一个都没有，甚至连滑翔载具都没有正式入役，目前装备的仅仅是训练弹。

反观中国，滑翔高超都已经装备很多年了，现在连变形乘波体都出来了！中国的导弹已经全系列装备，而美国的导弹存在太多的短板，反舰导弹只有亚音速，中程导弹根本没有（美俄中导条约限制不能装备，近些年反悔了却来不及研发），真正能使上劲的只有几艘航母，还叫嚣要派4艘航母到西太阻止中国解决台海问题，真不知道是哪里来的信心！