2019年1月11日 星期五

10倍音速不是夢,我國已進入航空衝壓發動機廣泛應用期




文章摘要: 再依託既有速度又有足夠航程的亞燃/超燃衝壓發動機但就是這兩臺變迴圈發動機實現了最大飛行速度3.35馬赫(3529.55千米/小時)


​​前不久、成飛611研究所王海峰總設計師談到第六代戰鬥機的動力將可能採用自適應發動機,這是一個可能改變戰爭規則的新技術,理論上它可以提供0-25馬赫飛行速度的動力。



六代機想象圖


自適應發動機技術就是近幾十年興起的變迴圈航空發動機技術,中國的變迴圈發動機相當於一臺發動機裏面整合了起降、低速使用的渦扇/渦噴發動機和高速使用的亞燃/超燃衝擊發動機,飛行時可以方便地轉換。


最早的成熟變迴圈發動機應用是美國的SR-71黑鳥偵察機,其發動機就是一個渦噴發動機串了一個亞燃衝壓發動機。這是一種原始的沒有超燃衝壓發動機的變迴圈發動機,但就是這兩臺變迴圈發動機實現了最大飛行速度3.35馬赫(3529.55千米/小時),航程5925千米,實用升限25900米的強悍效能,這款偵察機服役35年,出入對手國界如在無人之境,沒有一款導彈和飛機能擊落它,從動力技術上這款飛機是超前的,但是由於當時在大氣層內高速飛行帶來的熱障問題解決不成熟,所以1998年退役。




SR-71黑鳥偵察機


渦扇/渦噴發動機就不累述,現在絕大部分固定翼飛機都裝著成熟的渦扇/渦噴發動機。



燃燒原理圖


亞燃衝壓發動機是高速進氣流自壓縮減速、燃燒產生動力的一種噴氣發動機。衝壓發動機不用壓縮氣體機構,又稱為最簡潔的噴氣發動機。在速度達到2馬赫到6馬赫時,進氣流可自我壓縮,氣流從超音速降為亞音速,進入燃燒室和燃料混合燃燒噴發。這就是發展時間已有幾十年的亞燃衝壓發動機。



亞燃衝壓式導彈


當飛行馬赫高於6的時候,進氣因為摩擦擠壓溫度已高於1200度,氣流以超音速進入超燃室燃燒,這就是超燃衝壓發動機,世界上只有我國因為進氣道、燃燒室、點火等高難問題突破而發展成熟。



雙模超燃衝壓發動機


亞/超燃燒室結構雖然還不能合二為一,但由於結構簡單、內外並列所以體積也不大。我國超燃發動機已發展三部曲規劃:


第一步、2020年研製出高超聲速巡航導彈,速度6馬赫,航程1000 km,凌雲高超聲速平臺及星空-2高超聲速飛行器已實現。


第二步、2020到2030年研製出高超聲速飛機,速度超過5馬赫,航程1萬公里,實現1到2小時全球到達。



第三步、本世紀中期,在前兩步的基礎上研製出空天飛機,速度可達12到25馬赫,能象飛機一樣起降,直接進入外空間地球軌道。



空天飛機


變迴圈發動機技術流派裏面最看好的就是渦輪基組合迴圈(TBCC)發動機技術,其基本結構就是把合適的渦扇/渦噴發動機和亞燃/超燃衝壓發動機組合到一起,以適應不同的飛行條件,在亞聲速、超聲速、高超聲速下都能得到良好的推進效能和燃油效率。先用渦扇/渦噴發動機將飛行器起飛並加速到衝壓發動機啟動速度2馬赫,再依託既有速度又有足夠航程的亞燃/超燃衝壓發動機,加速到10馬赫以上。如果在此基礎上啟動火箭發動機就可以上天了。


成熟的渦輪基組合迴圈(TBCC)發動機技術不光可用於戰爭,還可以提高整個人類的文明程度,把人類經常活動的區域由目前的近地幾十公里擴充套件到近地1000公里,速度由2馬赫提高到10馬赫,實現全球1-2小時到達的水平。



渦輪基組合迴圈(TBCC)發動機想象圖


中國的六代戰機應該採用的是渦輪基組合迴圈(TBCC)發動機技術。與歐洲和美國六代發動機技術路線完全不同,美國的空優2030飛機計劃採用的變迴圈發動機,本質上還是個渦扇發動機,只不過是涵道比可以改變而已。中國的TBCC發動機技術應該是有更大的發展潛能的。而前不久,我國凌雲高超聲速平臺和星空2高超聲速飛行器的成功,顯示我國的超燃衝壓發動機已進入成熟期。日前,中科院推重比15的渦輪發動機壓氣機通過工程實驗驗證,有了這臺大推力的渦輪發動機,為更高推重比的TBCC發動機問世鋪平了道路。我國已經具備了渦輪基組合迴圈(TBCC)發動機的所有最優技術,而美國等世界其他國家還在超燃衝壓發動機上焦頭爛額。


作者:伽利略視野​​​​





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