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印度试射了新型预冷超燃发动机,消息一出,印度媒体就报道说,中国在该领域遥遥领先,而印度正在努力赶超。
印度媒体最近可热闹了,一年难得几件喜事,这回接连来了两件。印度空间研究组织的两个小卫星成功对接,虽然没直播,但组织说了算。更厉害的是,他们还展示了预冷超燃冲压发动机,这发动机能在六马赫以上的速度下工作,印度高超音速导弹这下有底气了。
《欧亚时报》报道,中国在高超音速发动机技术方面已领先美国和俄罗斯。印度媒体也承认这一点,但印度成功测试预冷超燃冲压发动机,正奋力追赶,力争进入高超音速技术强国之列。不过,有人认为印度这项技术是美国淘汰的技术。
印度媒体《欧亚时报》报道这样写道:
欧亚时报报道,高超音速武器分两种。一种是高超音速滑翔武器,它借助弹道导弹,采用乘波体滑翔技术。另一种是吸气式高超音速发动机,它利用大气进行氧化,这样导弹就能更轻,或者运载更大弹头,或者射程更远。
主动冷却超燃冲压发动机是吸气式高超音速发动机,它驱动的高超音速导弹飞行轨迹不像弹道导弹,速度极快,还能灵活转向,贴着地面飞行,因此难以追踪和发现。
中国、美国、俄罗斯长期以来都是高超音速武器的领跑者,但中国近期动作频频,DF-17、DF-21D、DF-26、DF-27以及空射型YJ-21等装备陆续亮相,形成强大阵容。相比之下,美国虽然多年进行高超音速导弹测试,却至今未有一枚正式服役,所以印度媒体认为,中国在高超音速领域已占据领先地位。
主动冷却超燃冲压发动机测试成功,三国鼎立局面迅速被打破,中美俄变成了中美俄印四方角力。印度的这项技术到底有多重要?这究竟是什么发动机,为什么需要主动冷却?
主动冷却超燃冲压发动机,听着挺玄乎,其实就是一种发动机,它能利用高速飞行产生的空气进行燃烧,产生巨大的推力。关键在于“主动冷却”,发动机内部温度极高,必须想办法降温才能正常工作,这就像给发动机穿上了“防热服”。这套“防热服”技术难度很大,所以这种发动机目前还处于研发阶段,但一旦成功,将大幅提升飞行器的速度和性能,未来或许能用于更尖端的飞行器。
美国玩剩下的主动冷却超燃冲压发动机,原理有点绕,不想深究也行,不影响你理解核心。它运作需要四个步骤:
冲压发动机,名字听着挺厉害,其实构造很简单:一根贯通的管子。飞机超音速飞行时,管口会产生斜激波,激波在进气道内反射,形成网状结构,压缩气流,提升气压。压缩后的气体混合燃料,火焰稳定器点燃后,剧烈膨胀的高温高压气体从尾部喷出,产生推力。
冲压发动机工作需要超过音速,这是个关键问题。另外,发动机燃烧室和进气道速度,以及激波的匹配要求很高,进气道设计和工作范围受此限制,这意味着特定结构的冲压发动机有最佳工作速度,无法随意更改。想要突破速度限制,就得在进气道结构上运用精湛的空气动力学知识。
普通冲压发动机,也就是亚燃冲压发动机,最高速度一般在4.5到5马赫之间,它的燃烧室里气流压缩后速度仍低于音速。超燃冲压发动机则不同,它速度能超过5马赫,燃烧室里压缩后的气流已经超过音速了。
亚燃冲压发动机设计相对简单,很多导弹都用它,像印度的布拉姆斯导弹和中国的YJ-12导弹。超燃冲压发动机就复杂多了,因为普通情况下持续燃烧速度比音速慢,所以得有个特别厉害的火焰稳定器才行。
冲压发动机用两种燃料,液氢和像航空煤油这样的烃类燃料。液氢能量高,用作超燃冲压发动机燃料相对容易,但使用不便,比如难以用于需要长期储存的武器装备。烃类燃料对发动机设计要求高,却方便用于各种武器装备,毕竟航空煤油可以长期储存,临时加注也方便。
主动冷却超燃冲压发动机,听着就厉害。
高超音速飞行时,冲压发动机依靠激波压缩空气,压缩比很高效率也高。然而,高速压缩带来的高温会使气体膨胀,这又会抵消一部分压缩效果,降低发动机效率,甚至限制速度提升。所以,理解主动冷却超燃冲压发动机,关键就在于它解决了这个问题。
科学家想了个妙招解决难题:在进气道用燃料降温,让气流温度先大幅降低,再压缩升温虽然仍在,但峰值温度已显著下降。液氢超燃冲压发动机最合适不过,它还能预热液氢,让发动机工作更顺畅。
超燃冲压发动机用液氢降温最合适,因为它点火容易,和气流混合得好,燃烧效率高,所以用液氢的超燃冲压发动机难度最小,速度能达到十马赫。
美国人玩剩的高超声速吸气式发动机技术,其实并不简单。这项技术难度极高,他们曾经投入大量精力研究,积累了丰富经验。现在,这部分技术或许可以为我们所用,为我国高超声速领域发展提供借鉴,甚至直接应用。毕竟,站在巨人的肩膀上,能看得更远。
NASA二十年前就开始捣鼓液氢超燃冲压发动机,X-43就是代表作,04年就试飞成功了。现在呢?美国人没继续搞液氢的,转用烃类燃料搞X-51去了。
液氢超燃冲压发动机用在导弹上太难了,NASA只好改用X-51发动机。X-51虽然也尝试用烃类燃料,但它也有自身问题:烃类燃料降温困难,混合气流不均匀,点火能量需求高,燃烧也不如液氢稳定,最终也没能成功。
美国始终未能攻克吸气式高超音速导弹难题,这或许是他们高超音速武器发展受阻的关键。X-43和X-51项目之后,美国曾雄心勃勃地想要研发这种导弹,但近二十年毫无进展。反观中国,如今却处于高超音速武器领域的领先地位,这其中蕴藏着怎样的突破?
答案是否定的。中国至今没公开宣称在吸气式高超音速技术上取得突破,因为这项技术难度极高。所以,中国在着手研发吸气式高超音速的同时,也迅速将另一部分力量投入滑翔式高超音速技术的研究,并在2014年取得关键进展,随后2017年就研制成功DF-17,并在2019年国庆阅兵时公开亮相。
弹道导弹把乘波体滑翔弹头送上高空,使其达到高超音速并进行滑翔,这就是一种高超音速飞行模式。它比吸气式高超音速飞行难度低,但属于完全不同的技术范畴,吸气式高超音速技术对它没啥帮助。
美国想一口吃个胖子,结果吸气式高超音速武器没搞定。看到中国突破滑翔高超音速技术,美国非但没改变方向,反而加大了吸气式高超音速武器的研发力度,最终还是失败了,只能重新搞滑翔高超音速武器。这可麻烦大了,美国并非研发不出滑翔高超音速武器,只是需要更多时间。看来美国人急了,空射型ARRW和陆基型LRHW接连受挫,前者已经放弃,后者最近两次试验成功,再成功几次就能服役了。
印度的科技之路才刚刚开始。起步阶段充满挑战,但潜力巨大,未来发展值得期待。
看到这儿,大家应该明白,这条路走不通。想用在武器上,根本没戏,连烃类燃料吸气式高超音速技术都用不上,两者差异太大,对后续滑翔高超音速技术也没任何帮助。
印度现在恐怕只有这项研究能让民众觉得体面,氢燃料测试技术门槛不高,对设备要求也不高,但这稳定性和规模化依然困难重重。所以,印度现在卯足了劲儿,距离实际武器应用还差得远呢,让民众高兴高兴也好。
中国高超音速武器,像DF-17、DF-21D、DF-26、DF-27以及空射YJ-21,都已曝光,甚至还有高超音速空空导弹的消息。看来,几乎所有能高超音速化的武器,都已研发完毕。这些都是滑翔式高超音速武器,技术成熟后自然会广泛应用。
各位觉得中国只有高超音速武器就太片面了,实际上,中国在高超音速技术和飞行器研究上也取得了飞速发展,比如去年12月10日后公开展示的这些高超音速研究成果就能说明问题。
中国近期航天突破频现,放眼长远,还有更宏伟的蓝图:腾云二级入轨空天飞机采用接力方式送子级入轨,云龙动力空天飞机则依靠预冷室组合循环发动机直接入轨。
中国在高超音速领域遥遥领先,这全靠我们在风洞建设上的大力投入。JF-12风洞能模拟25到50公里高度、5到9马赫速度的飞行,每次试验能持续120到130毫秒,试验时间冠绝全球同类风洞。更厉害的是JF-22风洞,它能模拟每秒10公里,也就是30马赫的极速飞行,甚至能复现40到90公里高空那种极端环境。
美国人先前觉得掌握了高超音速的数据,能用超级计算机模拟一切,结果高超音速飞行时产生的表面湍流让他们很头疼,尤其极高超音速下空气还会分解成原子,然后重新组合成氮氧化物,这些气体对飞机的影响完全没搞清楚,所以他们之前的测试总是失败,现在想补救已经晚了。
印度这次真让人意外,一下子就亮出四款高超音速飞行器。这速度,这魄力,着实令人吃惊。
IDRW一月二十五日报道,印度一口气推出八款飞行器,其中四款还能超音速飞行。最值得关注的是RHH-150,这款飞行器的各项数据都非常惊人。
十马赫速度确实惊人,但看IDRW的图纸,这飞行器恐怕连三马赫都难以达到。图纸可以随意绘制,空气动力学却不容忽视,它的机翼后掠角太小,二三马赫或许没问题,超过三马赫就很难了,四马赫更是几乎不可能。
印度拿高超音速武器和中国六代机、其他高超飞行器做对比,不过是给民众打气罢了。看看印度连三代半战机Tejas都搞不定,高超音速飞行器?路还远着呢,百年规划或许更实际。

