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中国在发动机领域总算领先一次 只有美国可比俄

来源: 发布时间:2018-01-22热度:我要评论
图片为美国X-51A高超音速飞行器的SJX-61超燃冲压发动机地面试验,据了解,超燃冲压发动机这种未来飞行器...

图片为美国X-51A高超音速飞行器的SJX-61超燃冲压发动机地面试验,据了解,超燃冲压发动机这种未来飞行器的超级动力,需要大量地面试验设备,其中最为主要的就是激波风洞,这是一种可以在地面模拟高超音速飞行状态的风洞实验装置或者实验室,目前,世界上最大最先进的激波风洞为中国北京市郊的雁栖湖畔建立的“JF-12复现高超声速飞行条件激波风洞”,有了这样的实验设备,中国可以在地面就模拟或复现25至40公里高空、5到9倍声速的高超声速飞行条件。

【鹰眼图说军事 尖端神器栏目第140期】高超声速飞行器有着诱人的前景:如果用于航天,未来的空间飞行器将可重复使用,届时太空天地往返费用将降至目前的千分之一;如果用于航空,目前的超声速飞机将被高超声速飞机所替代,这种飞行器超过5倍声速,两小时内可全球到达。我们在昨天已经讲过,目前,人类高超音速飞行器有两种结构,一种是自身无动力,靠火箭发动机助推的模式,另一种为自身有动力,主要靠超燃发动机为引擎的高超音速飞行器。

图片为中国JF-12复现高超声速飞行条件激波风洞的风洞喷管、实验段和真空罐,这是一条265米长的巨大管道,JF-12性能优越,模拟带发动机工作的高超声速一体化试验需要的测试时间至少是几十毫秒,国外的相关风洞大约只能做到30毫秒,而JF-12能达到100毫秒试验时间。JF-12喷管出口直径可达2.5米,试验舱直径3.5米,都明显优于国外同类风洞。但是因为实验设备和研究条件的提高,中国在最近10年来在超燃冲压发动机领域进步飞速。

什么是超燃冲压发动机呢?为什么安装超燃冲压发动机的飞行器比普通飞机快这么多呢?实际上,所谓冲压发动机是利用进气道对来流空气减速并加压,在燃烧室内与燃料混合燃烧后从喷管喷出,对飞行器产生推力,我们看到的常规涡扇发动机并没有这种复杂的加压模式,但冲压发动机就像一个大型压力锅将空气加压让能量迅速膨胀爆炸,推动飞行器加速,而根据燃烧室内气流速度为亚音速和超音速,分为亚燃冲压和超燃冲压发动机。超燃冲压发动机的气流速度超过了音速,在燃烧室停留时间仅为毫秒级,形同“在龙卷风中点燃一根火柴”(task that makes lighting a match in a hurricane),还要实现稳定和连续的燃烧,其技术难度可想而和。

原本在这项技术上,前苏联和俄罗斯绝对是世界上的翘楚,超燃冲压发动机原理是20世纪50年代提出的,冷战期间美苏等国经过多年的探索,实现了发动机点火和持续燃烧,但一直没有能实现正推力,最终是苏联首先取得了突破。1991年11月27日,苏联“冷(Kholod)”飞行器首次飞行试验取得成功。不过好景不长,苏联解体后,这种需要大量资金试验的超级发动机技术转由中国、美国来领衔。

图片为美国快鹰/HyFly高超音速飞行器,目标是研制出最大速度6.5马赫,HyFly采用轴对称气动布局,双燃烧室超燃冲压发动机。但是HyFly项目2007至2010年的三次飞行试验都未能成功。根据公开出版的论文,中航工业下属的中国空空导弹研究院就有仿照HyFly的双燃烧室超燃冲压发动机的研究项目,其目的就是研制新型高超音速反舰导弹。

经过多年的努力,我国已形成了超声速导弹和亚燃冲压发动机的综合研究体系,在多个关键领域取得良好进展。目前,国家已经决定将“高超声速飞行器科技工程”列为《国家中长期科技规划(2006~2020年)》中的重大专项之一,并成立“国家高超声速技术工程中心”,挂靠在航天科工集团三院。2012年,航天科工三院又新成立了“北京空天技术研究所”,作为高超声速飞行器科技工程的总体设计单位。

根据公开报道,航天三院的超燃冲压发动机演示验证飞行器于2011年6月成功实现首飞,仅次于美国的X-43A和X-51A飞行器,而更加可喜的是,在武器级的轴对称式高超声速飞行器领域上,中国在2012年首次实现了轴对称式高超声速飞行器成功试飞,飞行高度超过20千米,飞行速度大于5.0马赫数,初步验证了吸气时超燃冲压发动机及轴对称式飞行器的制导与控制技术,而美国3次试验全部失败,俄罗斯则完全没有搞出类似的发动机来,至此,中国在决定未来航天飞行器的关键动力上总算领先一步。

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