高超音速飛行器是飛行器的第三次革命

　　近日，網(wǎng)上出現(xiàn)我國(guó)高超音速飛行器試飛的新聞，這表明國(guó)內(nèi)高超音速飛行器的研制邁入了新的階段。

　　一般而言高超音速飛行器指的是飛行速度超過(guò)5馬赫的飛行器，它是繼螺旋槳、噴氣式飛機(jī)之后飛行器的第三次革命，也是新世紀(jì)各國(guó)爭(zhēng)奪的制高點(diǎn)。

　　此前許多人可能已經(jīng)看過(guò)中國(guó)高超音速飛行器的新聞，那么此次高超音速飛行器有什么不同，此次新聞的主角是中國(guó)航空工業(yè)而不是以前的航天工業(yè)，所以可以推測(cè)此次試飛的飛行器應(yīng)該是吸氣式高超音速飛行器，也就是說(shuō)它的動(dòng)力應(yīng)該是基于渦輪的聯(lián)合推進(jìn)系統(tǒng)(TBCC)，而不是基于火箭的聯(lián)合推進(jìn)系統(tǒng)(RBCC)。

　　

　　噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)只能讓飛行器的速度達(dá)到2馬赫左右

　　傳統(tǒng)的渦輪噴氣/風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的飛行速度范圍局限在2馬赫以下，到達(dá)這個(gè)范圍的上限之后，渦輪葉片的轉(zhuǎn)速到達(dá)頂點(diǎn)，會(huì)產(chǎn)生的比較大熱量及燒蝕問(wèn)題，此后提高速度只能依靠沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，它是依靠氣流來(lái)進(jìn)行增壓，不需要渦輪，所以速度范圍比較大，一般而言亞燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)可以滿足是飛行器的速度達(dá)到6-7馬赫，而超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，就是氣流不減速直接進(jìn)入燃燒室，則可以達(dá)到10馬赫左右。

　　不過(guò)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)這個(gè)原理讓它必須擁有一個(gè)啟動(dòng)速度，所以需要與其他動(dòng)力裝置組成聯(lián)合推進(jìn)系統(tǒng)，最常見的就是固體火箭加沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，這是目前超音速反艦導(dǎo)彈最常見的配備，不過(guò)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)只能一次性使用，不適合作為重復(fù)使用飛行器的動(dòng)力系統(tǒng)，所以出現(xiàn)了渦輪沖壓聯(lián)合推進(jìn)系統(tǒng)，此次曾經(jīng)有新聞?wù)f國(guó)內(nèi)正在研制渦輪沖壓聯(lián)合推進(jìn)系統(tǒng)。它利渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)讓飛行器從普通跑道起飛，在高空達(dá)到?jīng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)速度之后，再使用沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，將飛行器繼續(xù)加速到預(yù)定速度。

　　

　　TBCC發(fā)動(dòng)機(jī)是目前發(fā)展一個(gè)熱點(diǎn)

　　渦輪沖壓聯(lián)合推進(jìn)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是可常規(guī)起降、可使用普通機(jī)場(chǎng)、多次重復(fù)使用、用途廣泛、耐久性高、安全性好、可使用普通燃料、經(jīng)濟(jì)性好、環(huán)境污染小、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)小等特點(diǎn)。既可作為可重復(fù)使用空天入軌飛行器起飛/返航的低速段推進(jìn)動(dòng)力，也可作為各類高超聲速飛行器，尤其是遠(yuǎn)程、有人駕駛高超聲速飛行器的起飛加速和低速段推進(jìn)動(dòng)力，還可單獨(dú)作為超聲速及高超聲速軍民用飛行器動(dòng)力，是近期各國(guó)發(fā)展的一個(gè)重點(diǎn)。

　　從目前來(lái)看超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)雖然性能優(yōu)良，可以讓飛行器實(shí)現(xiàn)10馬赫左右的高超音速飛行，但是它的難點(diǎn)也非常大，尤其是燃燒啟動(dòng)和保持非常困難，美國(guó)人的說(shuō)法就相當(dāng)于在颶風(fēng)之中點(diǎn)亮一根火柴，并讓其穩(wěn)定的燃燒，所以美國(guó)人也沒(méi)有實(shí)現(xiàn)讓超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)工作300秒的目標(biāo)，這樣的超高速飛行對(duì)于飛行器的熱防護(hù)要求也非常高，相應(yīng)的需要更加先進(jìn)的結(jié)構(gòu)和材料，另外還有氣動(dòng)設(shè)計(jì)、制導(dǎo)與導(dǎo)航等問(wèn)題，所以超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)雖然是方向，但是一時(shí)還難以進(jìn)入實(shí)用。

　　

　　sr-71的J58算早期的TBCC發(fā)動(dòng)機(jī)

　　所以現(xiàn)在各國(guó)一個(gè)重點(diǎn)是渦輪亞燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，力爭(zhēng)達(dá)到5馬赫的速度，也就是跨入高超音速飛行的門檻，也就是超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)速度，這樣即降低了對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)本身的要求，同時(shí)對(duì)于飛行器的要求相應(yīng)的降低，所以筆者推測(cè)此次我國(guó)試飛的高超音速無(wú)人機(jī)應(yīng)該就是采用渦輪亞燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，它主要是驗(yàn)證國(guó)內(nèi)前期在TBCC項(xiàng)目研究中取得了成果，并且對(duì)小推力TBCC發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行工程驗(yàn)證，為以后發(fā)展大推力TBCC發(fā)動(dòng)機(jī)乃至未來(lái)渦輪亞超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)積累經(jīng)驗(yàn)，打下基礎(chǔ)。(作者：小飛豬)