乘波体 六代机有戏了 国产发动机革命性突破 速度达到16马赫

2020年11月29日，由中国科学院力量重点实验室主任姜宗林带领的团队在《中国航空杂志》空上发表了一篇关于“直立斜爆轰冲压发动机”成功实验的论文。

该论文的发表，意味着中国成功突破了“超燃冲压发动机”研发的瓶颈，成功超越美国，成为该领域的世界领导者。

据介绍，该发动机成功突破了冲压发动机的瓶颈，驱动力处于世界最先进水平。

而且这种“斜爆立式冲压发动机”在油耗和稳定运行方面远优于美国。

要知道，在这方面，美国长期处于世界顶尖水平。早在20世纪50年代，美国就开展了“超燃冲压发动机”的实验项目。

当时装备“超燃冲压发动机”的“世界第一代”高超音速验证机X-7来自美国之手，其最大飞行速度可达4.5马赫。

2009年，美国发射新一代验证机X-51A，飞行速度超过5.1马赫。

但由于迟迟没有解决发动机燃烧效率和稳定性两大技术难题，X-51推力不足，连续工作时间永远不能超过300秒，达不到实用水平。

后来，美国和澳大利亚联合推出了“HIFIRE超燃冲压发动机”，但仍因无法达到预期目标而屡屡失败。

姜宗林团队提出的“斜爆立式冲压发动机”是“超燃冲压发动机”领域的重要突破，可以毫不夸张地说，它结束了美国的长期领先地位。

那么到底什么是“站立式斜爆轰冲压发动机”呢？“斜爆立式冲压发动机”能否帮助中国完成“六代”的研发？

立式斜爆轰冲压发动机

首先要明白，“斜爆立式冲压发动机”是“超燃冲压发动机”的一种。

目前，“斜爆立式冲压发动机”只能算是超燃冲压发动机的一种气动形式，其应用途径有限，暂时只能作为导弹系统和无人机动力系统使用。

面对这样的情况，有人提出“斜爆立式冲压发动机”对中国意义不大，没有实质性意义的飞越。

但事实上，这种观点非常片面。虽然“斜爆立式冲压发动机”目前有很多技术局限性，但它仍然可以作为一种非常好的动力设备。

“斜爆轰立式冲压发动机”是一种结构简单、制造工艺低的理想空天发动机系统。

众所周知，将火箭发射到泰泰空的成本是非常惊人的，但当超燃冲压发动机达到24马赫时，就可以轻松离开地球进入泰泰空，飞行成本比火箭低很多。

因此，既然“火箭运输”的成本太高，“离子发动机”的技术看不到希望，最有可能实现的就是“超燃冲压发动机”。

尽管目前的“斜爆立式冲压发动机”还存在很多问题，但它的发展空非常广阔，必须坚持下去。

现在我们已经了解了“斜爆立式冲压发动机”对我国的意义，下面就来说说新型“斜爆立式冲压发动机”与传统“超燃冲压发动机”的区别。

差异

超音速飞行中带超燃冲压发动机的飞机产生的压力会压缩空气体。

然后燃料与压缩的空气体混合，然后被点燃爆炸，爆炸形成的“爆轰波”将推动飞机加速。

理论上，“超燃冲压发动机”可以无限加速，只要地球大气层还在，飞机有足够的燃料。

但实际上，在超音速飞行过程中，由于进入发动机的气体速度过快，会在燃烧室和进气口形成强大的冲击波。

在这种冲击波的影响下，燃油的火焰会被吹出，导致发动机无法长时间连续工作。

这也是美国在超燃冲压发动机领域遭遇瓶颈，短时间内难以再次取得突破的根本原因。

面对这个棘手的问题，姜宗林团队改变了思路，直接利用超音速冲击波点燃发动机中的燃料，将燃烧方式从传统的“扩散燃烧”改为“斜爆轰燃烧”。

这种燃烧方式将原来的破坏性因素——冲击波变成了支持燃料高效燃烧和持续动力输出的有利因素。

以“化敌为友”的方式，解决了连美国技术团队都为之困扰的世界性难题，使“站立式斜爆轰冲压发动机”在超音速气流下稳定运行。

在这种新思路下，姜宗林的“斜爆立式冲压发动机”只需由“燃烧室”、“进气口”和“氢燃料喷射器”三部分组成，在发动机结构上具有更大的优势。

据了解，这款由姜宗林团队设计的“斜爆立式冲压发动机”已经在北京“超音速风洞”进行了9马赫的试飞。

这个测试结果意味着装备这款发动机的飞机飞行速度可以达到12000公里/小时，换句话说，中国飞机可以在2小时内到达世界任何地方。

更神奇的是，这架飞机的理论速度可以达到惊人的16马赫。

JF-12

值得一提的是，世界上唯一能模拟这种飞行的“超音速风洞”JF-12也是由姜宗林研制的。

可以说，我国“站立式斜爆轰冲压发动机”的技术突破，只能归功于长期投入建设的庞大风力发电群。

在航空空行业的发展中，风洞是不可或缺的“基础科研设备”。可以说，一个国家航空空产业的下限是由风洞的性能决定的。

风洞可以人工产生和控制强大的气流来模拟飞机周围的气流，并可以测量气流对实体的影响。

但是，中国的风洞设备水平可以说紧跟美俄脚步，傲视亚洲。即使在世界范围内比较，中美俄三国的风洞设备也是目前最先进的。

且不说中国有一个被美国羡慕的“黑科技风洞”——JF12高超音速再现风洞。

“JF12高超声速复现风洞”在国际上也被称为“超级龙”。它不仅是世界上最大的激波风洞；

它是世界上唯一能再现25-40公里高空和5-9倍音速飞行条件的风洞。

一般来说，这个实验的前提是持续时间必须保持在60毫秒，而JF12高超音速再现风洞可以达到100毫秒。

相比之下，国外同类型风洞只错过了30毫秒。

可以说，正是这项黑科技，让中国在高超音速飞行器领域超越了美国。

当然，中国在“高超音速飞行器”领域赶超美国的说法，引来了很多人的质疑。

冲击波

有人认为“斜爆轰站立式冲压发动机”的实验结果终究只是理想，只要飞机的飞行速度超过音速，就会产生“冲击波”。

如果飞机以9马赫甚至16马赫的速度飞行，冲击波会非常强，飞机以这样的速度稳定飞行是不可能的。

的确，空空气作为固体，一架飞机在超高音速状态下要想将空空气推到它的前面，所面临的阻力是不可忽略的。

当飞机以超音速飞行时，前面的空空气会被不断挤压。因为时间太短，这些压缩的空空气根本无法恢复。

随着压缩空气体越来越多，飞机前方空气体的密度会突然增大。

但此时除了飞机前方的空空气外，两侧的空空气并没有受到挤压，所以两侧的空空气密度不会发生变化。

因此，这两种不同密度的空气体之间会有一条明显的“分界线”，称为“冲击波”。

激波可以简单地分为两种:尖头飞机产生的斜激波和圆头飞机产生的正激波。

需要注意的是，无论是哪种冲击波，都会给飞机带来很大的阻力，导致飞机剧烈振动，影响运行，大大降低飞机的飞行效率。

如果严重，甚至可能导致飞机在空解体！

面对这个问题，我国早就想出了一个解决办法——乘波器技术。

乘波体技术

简单来说，乘波体技术实际上就是将飞机的结构设计成流线型，使飞机的前缘能够在超音速气流中“骑”在激波之上。

这样，飞机既能轻松化解冲击波带来的隐患，又能充分利用冲击波的能量，使飞机保持稳定的飞行姿态。

以大家为例，中国目前的东风-17导弹很好地利用了乘波体技术。东风-17导弹进入大气层后，可以做出和“抛水漂走”一样的机动动作。

它可以完美避开“敌方”反导系统的追踪，精确打击地面目标。

东风-17导弹能够做出这样的技术动作，是基于乘波体技术，充分利用了冲击波的能量。

“乘波体技术”和“站立式斜爆轰冲压发动机”两大技术，一是可以使飞机在超高速飞行过程中飞行姿态稳定可控，二是可以使飞机以5倍以上的音速飞行。

就像中国正在开发的“神龙一号”一样，它充分利用了这两项技术。神龙一号体重极轻，可以花很少的燃料，在大气层和Tai 空之间自由穿行。

我们有理由相信，这两项技术的结合必将成为中国未来军事突破的强大基础。

在这种情况下，“斜爆立式冲压发动机”能否帮助中国完成“第六代机”的研发？

第六代机还有机会吗？

第六代飞机是指第六代战斗机。对于第六代飞机，每个大国都有不同的标准和假设。但是从目前来看，不同大国对第六代战机的假设非常相似。

比如第六代机器需要具备“态势感知”、“智能动态分析”和较强的“人工交互”。

第六代保密设备可以指挥无人设备实现立体作战，必须具备2马赫以上的超音速巡航能力、4马赫以上的高速飞行能力和增强的“隐身”能力。

关于“站立式斜爆轰冲压发动机”能否帮助中国加快第六代飞机的研发，我们不妨做一个大胆的假设:

我国的“斜爆立式冲压发动机”可用于第六代飞机。

在这个前提下，只有当第六代机的速度保持在6马赫以上，爆炸室内的燃料和空气体才能充分混合，爆炸时才能产生足够的爆轰推力。

但是在这样的高速飞行中，人体承受不了这样的压力，所以只能采用无人驾驶技术。

超高速飞行中的第六代可以在完成“动态感知”、“数据传输”、“情报搜集”等任务的同时，攻击敌方“高价值目标”。

如预警机、雷达站和信息指挥中心，也能有效杀伤敌群部队。

但这一切目前只是一个好主意。

可以说，在短时间内完成第六代飞机的研发几乎是不可能的。目前，即使是美国的X-43也只能简单地作为测试机使用。目前，中国尚未曝光类似的验证机信息。

除此之外，“超燃冲压发动机”产生的极高热量如何逃过敌方红外探测器的扫描？

第六代飞机的机身材料能否承受机身高速转弯时产生的巨大扭矩，避免敌人攻击？

面对敌人的电磁干扰，六代机智能系统能否合理分析形势，做出正确指挥？

这些都是需要克服的技术问题。

然而，即使有许多困难，在我国许多科技工作者的辛勤努力下，也没有克服不了的困难。

相信中国最终会在各个领域实现更多的创新和突破，最终成为科技领域的霸主！