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飛行器 超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)漸成熟，高超聲速飛行器來臨，軍事應(yīng)用影響深遠(yuǎn)( 二 )


第三，超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)具有極高的熱效率。由于沒有渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)上的高速旋轉(zhuǎn)部件，因此超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的功率損耗很小，可用功率比渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)高得多。也就是說，即便在同樣的推力條件下，超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的實(shí)際推進(jìn)效果要更好。
第四，超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣流本來就是高超聲速，因此它非常適宜高超聲速飛行，無需對(duì)空氣減速。


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由于超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，從上世紀(jì)60年代起就引起了美蘇等國(guó)的重視。80年代中期，美國(guó)啟動(dòng)的空天飛機(jī)計(jì)劃就以超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力。美國(guó)X-43A驗(yàn)證機(jī)使用超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)創(chuàng)造過大氣層內(nèi)9.6馬赫的飛行紀(jì)錄，使用超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的X-51A高超聲速導(dǎo)彈驗(yàn)證機(jī)也在在24千米高空達(dá)到6馬赫的速度。目前，美國(guó)、俄羅斯、中國(guó)等研制的超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)已從科學(xué)試驗(yàn)進(jìn)入工程驗(yàn)證階段，接近了實(shí)用化的水平。在此基礎(chǔ)上，各國(guó)還在繼續(xù)開發(fā)新一代超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，采用液體碳?xì)渥鳛榘l(fā)動(dòng)機(jī)燃料，并具備更好的環(huán)境適應(yīng)性。
盡管超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)是發(fā)展最早、最成熟高超聲速飛行器動(dòng)力技術(shù)，但目前仍有不少難點(diǎn)有待攻克。以超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)最先進(jìn)的美國(guó)為例，從上世紀(jì)70年代陸續(xù)啟動(dòng)多個(gè)項(xiàng)目，歷時(shí)40余年，至今仍未真正實(shí)用，也能充分印證這一點(diǎn)。


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目前看，超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)難點(diǎn)，主要體現(xiàn)在三個(gè)方面。
其一，在高超聲速飛行狀態(tài)下，高速氣流在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)滯留的時(shí)間非常短暫，只有幾毫秒，要在這幾毫秒內(nèi)將燃料與高速空氣充分混合并燃燒，并保證不被高速氣流熄滅，是一件十分困難的事情，有人形容為“在12級(jí)臺(tái)風(fēng)中點(diǎn)燃一支蠟燭”，可見其難度之大。在高馬赫狀態(tài)下，燃料均勻混合、點(diǎn)火，壓縮、噴出面臨諸多難題，現(xiàn)有超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)最大工作時(shí)間不超過120秒，有的甚至只有幾秒，顯然無法適應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)工作需要，必須改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室技術(shù)，提高發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)間。

【 飛行器|超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)漸成熟，高超聲速飛行器來臨，軍事應(yīng)用影響深遠(yuǎn)】
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其二，高超聲速巡航飛行速度要達(dá)到6馬赫以上，超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)面臨高速、高溫的工作環(huán)境，比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)要惡劣得多，這對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)和材料的要求極高。譬如，其燃燒室溫度可達(dá)2700度，比目前性能最好的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)F119的渦輪前燃溫度還要高出700度，發(fā)動(dòng)機(jī)材料不僅能夠承受如此高溫的考驗(yàn)，還需要保持性能和較長(zhǎng)工作壽命。X-51A高超聲速導(dǎo)彈驗(yàn)證機(jī)的噴管為了承受高溫，就采用了鈦合金材料；它使用的X-1型超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，最長(zhǎng)的一次工作時(shí)間也不過210秒，發(fā)動(dòng)機(jī)材料耐熱、穩(wěn)定工作能力離實(shí)用化還有不小的距離。


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第三，燃料選擇問題。超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)目前使用的燃料首選還是常規(guī)的航空煤油，當(dāng)航空煤油在燃燒室中劇烈燃燒時(shí)，會(huì)帶來大范圍的燃燒輻射，對(duì)高空環(huán)境影響較大。同時(shí)，航空煤油的動(dòng)力效能相對(duì)有限，進(jìn)一步提高飛行速度還需要開發(fā)液氫之類的新型燃料。
從全球范圍來看，美國(guó)曾經(jīng)在超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域占據(jù)領(lǐng)先地位，除了X-43A、X-51A等一系列驗(yàn)證項(xiàng)目，還與澳大利亞聯(lián)合研制了低成本HIFiRE超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)。不過這些項(xiàng)目進(jìn)展均不太順利，顯示美國(guó)在這個(gè)領(lǐng)域遇到了瓶頸。俄羅斯則在發(fā)動(dòng)機(jī)燃料上做文章，研制了基于碳?xì)淙剂系某紱_壓發(fā)動(dòng)機(jī)，性能比液氫燃料的稍低，速度也可以達(dá)到8馬赫。


飛行器 超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)漸成熟，高超聲速飛行器來臨，軍事應(yīng)用影響深遠(yuǎn)
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中國(guó)在超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域發(fā)展較晚，一直默默無聞進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，最近幾年來已經(jīng)取得了長(zhǎng)足進(jìn)展。2015年第三屆馮如航空科技精英獎(jiǎng)評(píng)選事跡中，就披露我國(guó)使用超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的高超聲速飛行器完成自主飛行試驗(yàn)，總體技術(shù)水平已經(jīng)直逼美國(guó)。
2018年，國(guó)產(chǎn)“凌云”超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)驗(yàn)證飛行器公開亮相，這款飛行器使用的超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)與美、澳合作的HIFiRE超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)相近，以航空煤油為動(dòng)力燃燒，屬于低成本、經(jīng)濟(jì)性項(xiàng)目。其后的“凌云二號(hào)”計(jì)劃的超燃沖壓動(dòng)力也已漸入佳境。

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