JAXA 一直在促进研发，以建立可在 2 小时内穿越太平洋的 5 马赫级高超音速客机的技术。与以 2 马赫左右飞行的超音速飞机相比，以 5 马赫飞行的高超音速客机将暴露在更高的温度环境中。因此，需要研究和开发新的发动机和耐热结构。
我们主要专注于研发可以从起飞到5马赫连续运行的高超音速涡轮喷气发动机，我们在该领域的研发还包括高超音速客机的系统分析、空气动力学设计、耐热设计和其他重要功能。

高超声速涡轮喷气发动机研发

针对高超音速涡轮喷气发动机的技术示范，我们一直在推动 1 kN 级推力小型示范发动机的研发。我们设计和制造用于技术演示的高超音速涡轮喷气发动机的工作始于 2004 年，并于 2008 年通过模拟起飞状态的发动机系统演示实验在世界上首次成功演示。

当以 5 马赫的速度飞行时，气流较慢的进气口区域的温度高达 1,000°C。为了解决这个问题，我们正在对高超音速涡轮喷气发动机进行“预冷却”，利用燃料低温液氢的极冷特性，将高温空气冷却至约 300°C，这是核心发动机可接受的温度。由于冷却产生的空气密度更高，这种预冷系统使高超音速涡轮喷气发动机能够随着发动机推力的增加而从起飞到 5 马赫的速度连续运行。

高超音速涡轮喷气发动机由以下主要部件组成：

• 可变几何进气口：管道将 5 马赫的风速降低到 1 马赫以下

• 预冷器：使用低温液氢冷却高温空气的热交换器

• 核心发动机：喷射发动机，用于压缩空气并产生高压气体

• 加力燃烧室：产生高温燃烧气体的燃烧器和调节燃烧压力的可变几何喷嘴

为了确立高超音速涡轮喷气发动机的关键技术，我们正在研究具有耐热设计的小型演示发动机的有效性。

在不久的将来，我们将使用能够模拟 5 马赫飞行条件的“冲压发动机测试设施”（JAXA Kakuda Space Center）评估和改进高超音速涡轮喷气发动机的推进性能。

高超音速涡轮喷气发动机的海平面静态点火测试

高超声速涡轮喷气发动机 Mach 4 仿真环境实验

高超声速客机的系统分析

我们一直在对拥有 100 个座位并以 5 马赫巡航速度在东京和洛杉矶之间运营的高超音速客机进行必要的系统分析。使用多学科优化程序，我们得出了一个最小化机身质量的最优设计。对于配置分析，我们一直在研究乘客舱、油箱和起落架等组件的布局。根据我们的分析结果，最佳布局包括将液氢燃料罐放置在机身的前后，以便重心从起飞到高超音速飞行适当移动，以确保稳定飞行。

高超声速客机的气动设计

我们正在推进高超音速客机的飞机空气动力学配置的研究，该飞机可以携带足够体积的燃料以高超音速进行长距离飞行，同时保持高升力和低阻力。
为了获得和改进一种确保以 5 马赫巡航飞行和起飞和着陆的配置，通过风洞测试和数值分析评估了空气动力学性能。

高超声速风洞测试 （Mach 5）

低速风洞测试（风速：30 m/s）

高超声速客机数值分析（5 马赫）

高超声速客机的耐热设计

我们正在研究在 5 马赫的巡航飞行中使用热障壁来抑制高温环境的热传递。还研究了一种热管理系统，以将机舱和机身结构温度保持在恒定水平。使用高超声速风洞实验，检查了机身表面的温度分布。基于这些检查，我们正在分析隔热壁所需的元素，例如在温度最高的机身以及主翼前端应用轻质和耐热的复合材料，例如碳化硅。

高超声速风洞实验获得的温度分布

高超声速技术实验飞机的研究

为了演示 5 马赫的高超音速涡轮喷气发动机的飞行环境，我们正在研究一种采用高超音速技术的实验飞机。在实验飞机通过固体火箭发动机等外部加速方式加速后，将评估 5 马赫巡航飞行时的发动机性能。

高超音速滑翔飞行器

DRDO 正在开发一种高超音速滑翔飞行器 （HGV），作为其综合制导导弹开发计划 （IGMDP） 的一部分。HGV 是一种由火箭助推器运送到高空，然后以高超音速滑翔到目标的车辆。

HGV 仍处于开发阶段，但它已经取得了一些重要的里程碑。2020 年，DRDO 成功测试了可用于为 HGV 提供动力的超燃冲压发动机。发动机以高达 5 马赫的速度进行了测试。

DRDO 还在开发 HGV 所需的许多其他技术，包括：

• 一个引导系统，使 HGV 能够精确地击中目标。

• 一个热保护系统，可以保护 HGV 免受高超音速飞行的热量。

• 一个控制系统，允许 HGV 在飞行过程中进行机动。

DRDO 预计将在未来几年内完成 HGV 的开发。一旦 HGV 开发完成，它将成为印度战略武器库的重要补充。

预计 HGV 的续航里程可达 3,000 公里。预计它能够以高达 10 马赫的速度飞行，并能够携带常规或核弹头。

超燃冲压发动机

DRDO 正在开发一种主动冷却的超燃冲压发动机，用于高超音速飞行器的长时推进系统。

主动冷却的超燃冲压发动机是对传统超燃冲压发动机的重大改进。它使用内部和外部冷却系统来防止发动机在高超音速下过热。这使得发动机可以运行更长的时间，这对于远程高超音速武器和车辆至关重要。

DRDO 的主动冷却超燃冲压发动机仍处于开发阶段，但它已经取得了一些重要的里程碑。2021 年，该发动机在 DRDL 成功完成了一系列地面测试。该发动机预计将在不久的将来进行飞行测试。

超燃冲压发动机的设计速度高达 5 马赫。它由内部和外部冷却通道系统进行冷却。它由耐高温材料制成，可以承受高超音速飞行的热量。该发动机被设计为模块化的，因此可以很容易地适应不同的高超音速飞行器。

Scramjet 测试

2020 年 9 月 7 日，DRDO 成功测试了以超燃冲压发动机为动力的高超音速技术演示车 （HSTDV）。在 30 公里的高度，有效载荷整流罩分离，然后是 HSTDV 巡航车分离、进气口、燃油喷射和自动点火。在维持高超音速燃烧 20 秒后，巡航车的速度达到了每秒近 2 公里。这次试飞验证了车辆的空气动力学配置、超燃冲压发动机在高超音速流下的点火和持续燃烧、分离机制和特征性热结构材料。

高超音速应用的燃料

印度国防研究与发展组织 （DRDO） 正在开发用于高超音速应用的吸热燃料。吸热燃料是那些在燃烧过程中吸收热量的燃料，这有助于提高高超音速飞行器的性能。

DRDO 正在研究许多不同的吸热燃料概念，包括：

使用金属氢化物作为燃料源的燃料。金属氢化物是加热时会释放氢气的化合物，然后可以燃烧氢气以提供推力。

使用氨作为燃料源的燃料。氨是一种相对安全且易于处理的燃料，也可用于吸热燃烧。

使用金属氢化物和氨的组合的燃料。这种方法可以两全其美，将金属氢化物的高能量密度与氨的安全性和处理特性相结合。

DRDO 仍处于开发用于高超音速应用的吸热燃料的早期阶段，但该组织近年来取得了重大进展。如果成功，这些燃料可能会彻底改变高超音速飞行器的设计和性能。

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