今天,国内官方媒体争相报道我国成功测试了一款新型动力。按照环球时报等媒体的描述,这种动力可在很高的速度和很高的高空高效吸气并产生推力。有些网友这时候就反应过来了,这不就是传说中的超燃冲压发动机嘛!

用于测试超燃冲压发动机的“清航·大兴号”试验火箭

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那么,超燃冲压发动机和普通的冲压发动机又有什么区别呢?

从原理上来说,两者没有本质区别,都是依靠高速气流实现气体压缩,省去了复杂的涡轮系统,然后在燃烧室喷入雾化燃料点火产生推力。

通俗地讲,这就是一个特殊的管道,在达到一定速度后,直接喷入雾化燃料点火燃烧,就能产生推力。结构十分简单,推重比也很高,而且等效比冲也比火箭发动机更高。

虽然两者原理上没什么不同,但是冲压发动机也是有分类的,可分为亚燃冲压发动机和超燃冲压发动机。

亚燃冲压发动机指的是进气道气流速度低于音速的冲压发动机。超燃冲压发动机指的是进气道气流速度高于音速的冲压发动机。我们都知道,蜡烛在强风环境下,如果没有特殊保护,蜡烛瞬间就会被吹灭。因此,实现超音速稳定燃烧的难度远超实现亚音速稳定燃烧。

此外,超燃冲压发动机工作速度在5马赫以上,此时仅空气摩擦就会导致飞行器产生高热,热防护本身就是个不小的难题。

国产“凌云”超燃冲压发动机验证飞行器

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此次,“清航·大兴号”测试火箭测试的超燃冲压发动机我国此前就在“凌云”超燃冲压发动机验证飞行器成功测试过。事实上,美国、俄罗斯也已经成功测试过同类动力。因此,我们可以理解为这种动力“不够先进,可以展示”!

那么,超燃冲压发动机又有什么用处呢?

前面提到,冲压发动机本质上就是一根特殊的管子,结构简单,自重轻,等效比冲远高于火箭发动机。如果导弹采用了这种动力,那就意味着射程将得到极大增加,同时还能保持超高速!

天下武功,唯快不破!射程更远,速度更快,这将极大提升导弹的综合性能!

如果把这种技术运用在中程弹道导弹上,在体积重量不增加的前提下,这种导弹很可能将变成远程导弹。如果我国的东风17高超音速导弹能够在二级安装这种发动机,那么它的射程很可能将进一步提升,甚至有可能再次翻倍!

东风17

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用和中程弹道导弹差不多的花费,就能达到远程导弹的效能。

客观来说这种新型动力确实很先进,而且意义重大,但这东西仍然不是我们的最先进动力!

去年8月13日测试的那款可重复使用飞行器采用的动力系统才是我国的真正实力体现!

2021年7月“过于先进、不便展示”的运载器

2021年7月16日,我国的亚轨道重复使用运载器飞行演示验证项目首飞取得圆满成功,国内各大媒体争相报道。第二天“中国军工”抖音号也报道了,随后在回答网友提问时回答“过于先进、不便展示”。

中国军工抖音号在回答网友提问时回复“过于先进、不便展示”

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据了解,这架运载器以垂直起飞,水平降落的方式飞行。由于太先进,为避免泄密,我国官方媒体仅公开报道,并没有公布任何实物照片、视频资料。

然而你以为这就是我国高超音速领域的最先进成果吗?并不是!

“违背了物理学规律”的成就

2021年10月,英国《金融时报》报道称,中国于2021年7月27日发射一枚火箭,首次利用“部分轨道轰炸系统”推动一个能搭载核弹头的“高超音速滑翔飞行器”环绕地球飞行。该报声称中国在2021年8月13日又进行了第二次试验。

报道援引“了解”第一次试验的3名人士的话说,这次试验令五角大楼和情报部门震惊,因为中国成功展示了一种全新武器能力。一名人士说,美国政府的科学家正努力了解这项美国尚不具备的能力,并补充说,中国的成就似乎“违背了物理学规律”。

与2021年7月16日那次测试国内媒体争相报道不同,2021年7月27日和2021年8月13日,那两次国内媒体并没有任何报道!

由此可见,2021年7月16日那次我国测试的可重复使用航天器仍然不是我国在高超音速领域的最先进技术成果,以至于国内媒体都不被允许报道!

我国“腾云”空天飞机验证机测试成功,组合循环发动机技术进展领先全球

空天飞机和航天飞机的最大不同之处在于动力系统,前者采用的是技术难度很高的组合循环发动机,后者采用的是普通的火箭发动机。相比普通的火箭发动机,组合循环发动机等效比冲至少高1倍,推进效率更高。

组合循环发动机分类

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空天飞机最大的优势是整机都可重复使用,而航天飞机仅重量占比约5%的轨道器可重复使用,前者发射成本主要是燃料费和返回地面后的检修费,而后者除了燃料费之外,昂贵的助推器和燃料箱都都只能抛弃。这意味着空天飞机的使用成本相比航天飞机和火箭都将有至少降低一个数量级!

2021年11月25日,第七届中国(国际)商业航天高峰论坛在武汉开幕,航天科工官方首次透露,“腾云”工程已经成功首飞,采用的是液体火箭冲压组合发动机,即火箭基组合循环发动机(RBCC)!

航天科工官方透露的消息

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RBCC推进系统包括引射模态、亚燃冲压模态、超燃冲压模态和纯火箭模态。

亚燃模态与超燃模态的主要区别在于前者的燃烧过程是亚声速的,而后者的燃烧过程是超声速的。当飞行马赫数Ma =0 ~ 3时,采用引射模态工作。在从火箭排出的高温燃气的引射作用下,空气被吸入进气道,空气的总压升高。由于来流动压低,发动机的推力主要由引射火箭提供,引射火箭的工作压力较高。高温燃气与空气进行掺混,在混合气流中喷入燃料,进行补燃燃烧。此时,引射火箭和扩压段均产生推力。在马赫数为3 ~ 6 时,采用亚声速燃烧冲压模态,火箭的排气量减少,从进气道流入的高速气流在扩压段压力得到恢复。由于气流的总压升高,恢复的压力可以产生足够的推力。在这种情况下,引射火箭工作在高混合比、低燃烧室压力的状态下,可以作为值班火焰。随着飞行马赫数的进一步提高,在马赫数达到6 ~ 7时,发动机由亚燃冲压模态转变到超燃冲压模态,进而采用超燃冲压模态。飞行器在超燃冲压发动机的推动下继续加速,当飞行马赫数超过12时,推进系统转入纯火箭模态,进气道关闭,仅有引射火箭产生推力。

因此,采用这种发动机的空天飞机运载器可将轨道器加速到12马赫以上的超高速,并达到亚轨道,轨道器在到达预定高度和速度之后就可以很轻松得依靠自己携带的火箭发动机继续加速入轨,返回时也可以自行水平降落。整个发射过程更加的简便高效,不需要那么多地面后勤保障人员,相比航天飞机或者普通火箭综合费用大大降低。

据了解,目前仅我国完成基于RBCC动力的空天飞机验证机测试。这说明目前我国的组合循环动力技术进展已经领先全世界了!理论上这种动力也可以用于大型导弹,但考虑到成本因素,一般用于空天飞机。然而,空天飞机的使用灵活性远超导弹,不论是军用还是民用,相比以往飞行器都具有划时代飞跃!对国防安全意义十分重大,具体能用来干什么,只要你大胆猜,基本都能猜到!

美国X37B仅相当于空天飞机的轨道器,根本无法同我国的“腾云”空天飞机验证机相提并论

2011年,美国率先成功发射了X37B,这种飞行器被认为是航天飞机的升级精简版本,甚至被称为空天飞机,但由于缺少空天飞机的运载器,目前都只能采用普通火箭垂直发射。

实际上,称X37B为空天飞机并不准确,它本质上和我国已经首飞的“神龙”轨道器是一样的,都属于空天飞机的上面级,都具有自行水平降落回收的能力。然而,对于空天飞机来说,技术难度最大的部分,也是最为关键的部分并不是上面级,即轨道器,而是下面级,即运载器。因为运载器需要经历多个模态转换,最终才能将空天飞机整体从零加速到超高速和亚轨道,并最终实现运载器和轨道器分离。分离后,轨道器自行加速入轨,运载器还要自行返回,水平降落。整个飞行过程需要经历的气动环境变化很多,对热防护和可靠性要求非常高。

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“腾云”空天飞机模型

因此,不论从哪个角度看,美国的X37B在我国的“腾云”空天飞机面前都相形见绌!