大家可能还都有这样一个记忆犹新的画面,那就是2019年10月1日国庆阅兵式上,中国向全世界展示了一款厨房速度达到15马赫的东风17洲际导弹,那么15马赫相当于什么概念呢?也就是这款导弹作为一种飞行装置它能够以每秒超过声速15倍的速度超高速巡航,得益于其超高的速度和超强的机动性能,在当时即便是现在世界上也没有任何一个国家的反导防空系统能够拦截该型导弹。这一消息的传出为以美国为首的高超音速领域的研究先行者十分震惊。而仅仅不过16个月的时间,在2020年中国就又诞生了一款时速超过15马赫约每小时2万公里的超级暴风超燃冲压发动机,其在实验装置上足足运行了600秒的时间,结合目前已披露的世界各国相关在超高因素领域研究的一系列成果来看,我们的这一次突破一举打破了世界纪录并将美国远远甩在了身后。



该型号发动机据称是在2021年上半年的早些时候进行试验并取得成功的。其理论最高速度为16马赫约合每小时2万公里。这样说大家可能没有什么概念,那如果我们以目前速度最快的京沪高铁北京到上海运营的时间来做对比,1300多公里的距离,按照该型发动机的理论运行速度,仅仅需要240秒就可以跑完全程。而美国在超高音速飞行器研究领域中也是不断变换赛道和模式,虽然屡败屡战,从未言过放弃。相比之下,如此重要的大国利器,中国拔得头筹--这就是我们的站立式斜暴风超燃冲压发动机。而我们再看这次实验的成效来讲,其系统解决了毛细冷却管预测和常温常压下不稳定这两大技术难题,健儿使我们在该项技术,如果再进一步突破燃料搭载难题之后,将会直接满足相应领域的实际需求,可以说是万事俱备,只欠东风了。


爆轰发动机是近一二十年来,以美国和俄罗斯为首的军事强国,立足军事和民用双领域最新发展出来的以为高超音速飞行器提供动力为目标的重大颠覆性革新技术,属于从无到有的技术路径的突破。中国在这个赛道上,以世界唯一能够在外层空间和大气层邻近区域以打水漂的形式,高速运行的东风十七洲际导弹,以及世界上最为先进的可以试验站立式斜爆轰超燃冲压发动机的风动而走在了全世界的前列。站立式斜爆轰超燃冲压发动机与超高音速实验风洞的首次合体充分验证了该型发动机在推力燃油效率以及稳定性产上所凸显的绝佳性能。



常规的冲压发动机从其基本原理来讲是这样的,对于相反方向吹来的高速气流,在进入发动机内部后会开始迅速增压,而增压后的空气将进入燃烧室进行燃烧,并通过燃烧产生高温燃气,在喷管中膨胀并加速排出,在此过程中产生巨大的推力,我国最先进的歼20战机和美国5代战机f22猛禽均采用这种发动机模式。而爆轰超燃冲压发动机则是一种进气流超过音速的航空冲压发动机,它同前数常规的冲压发动机相比,虽然有相同点,但是都运用在超音速飞行器上,但是冲压发动机压缩过的空气,在进入燃烧室之前往往都是经过了减速而爆轰超燃冲压发动机,的压缩空气在进气时,仍然保持着超音速的运行速度,这就使空气燃烧产生的推力呈几何级数的增强,从而达到使其所推动的飞行器以更快速度飞行的目标,从飞行的速度宽裕来讲,常规冲压发动机一般速度仅为3马赫,最高仅在6马赫左右;而爆燃冲压发动机其理论最高速度可以达到35马赫。


当然美国在爆轰发动机领域的研究比我们要早得多,最早可以追溯到1990年代,当时他们提出了N ASP工程,也就是空天飞机计划,按照当时美国的设想,预计该空天飞机从纽约到日本东京,飞行时长最多一个小时,然而由于当时的技术储备等原因特别是在理论上突破存在瓶颈,导致大量资金投入后无疾而终。但是难能可贵的是,却总结出来了一条可行的技术路线,并为当今世界中国美国俄罗斯等国家纷纷采用和沿袭。再接下来就是,本世纪的前几年开始,美国著名的X-43空天飞机计划,并专门定制了小型无人飞行器x-43,专门用于验证爆轰发动机的技术可行性。为了证明爆红发动机的超高启动速度,x-43直接由火箭发射成功,利用高空环境点燃了发动机,然而这是一个豪迈的开始,却是一个悲伤的故事,整个过程x-43只运行了10秒钟就坠入了大海。2004年X-43再进行最后一次飞行,其速度最高达到了9.6马赫后寿终正寝,基本上完成了其历史使命,同时也创造了人类历史上在大气层中以吸气方式运行的飞行器的运行速度最高记录。


然而x-43却没有给美国在超音速领域的研发确定更为明确的目标,特别是其燃料选择上,虽然大家一致认可液态氢燃料的理论上可以提供更高的运载力,且也有较好的冷却效果,但是液氢燃料却没有被采用,当时承载着最高时速15马赫的x-43D也因此台死腹中。同时期的美国商业研发局提出的使用碳氢燃料的x-43c,最终骑最大速度仅为六马赫,直接将该爆红发动机驱动的飞行器拉低到了常规冲压发动机的水平,实在让人笑掉大牙。在这个阶段美国的爆红式超燃冲压发动机驱动的高超音速飞行器的理想似乎渐行渐远了。让美国毕竟是美国,其高超因素计划在2010年又有了新的宏大规划,此次肩负重要使命的是X-51,以论证高超音速打击武器的技术路线。同年5月份x-51首飞,持续运行200秒,最高速度为5马赫,虽然没有超过x-43 9.64马赫的最高速度值,但是从连续运行时间上来讲实现了新突破,并现在2013年5月份连续进行了4次实验,平均速度达到5.1马赫,成为了美国历史上首次完成完全性是非的超高音速飞行器,同时也创造了当时世界上超高音速飞行器连续飞行时长的最高记录。



谋定而后动。美国以此为基础又提出了新式的hssw武器计划,并预计将在2025年装备部队使用。就是在2020年以后,我们中国实现了赶超!
而中国完全自主研制的站立式斜爆震超燃冲压发动机,每秒运行速度超过5.4公里,接近第一宇宙速度的70%。作为我国发动机领域的全新突破,在2020年11月29日正式获得成功,实现了对美国在真正意义上的弯道超车。该型发动机能够在飞行中不需携带氧化剂,并直接从大气层中提取氧气,因此能够节省空间和重量,它在同样消耗燃料的条件下能够产生更大的推力。 呃,中科院高温气体动力研究院教授曾发表文章称,该型发动机是能够重复使用的,它可以从机场的跑道起飞,再加速进入地球近地轨道,然后再重新进入大气层,最后落入指定区域实现回收。


从目前已经披露的风动试验来看,当高达9倍因素的模拟风动条件下该发动机理论起飞后,当超高风速撞击入口的时候,发动机会产生极高的高压冲击波,使温度迅速增加,然后会在燃烧器中通过与氢燃料进行化学反应引起燃烧。其可以在微秒级的时间段内让燃料能量一举爆发出来,大幅提升发动机的燃烧效率,降低燃料用量。中国该研发技术路线,拥有完整的团队先进的技术,进步空间巨大。该技术路线下的战力是斜爆轰冲压发动机的成功研发标志着我国在航空航天领域的西方发达国家实现了赶超,是真正的,后来挑战者,同时也将大量应用于商业航空领域,因此将其成为航空发动机领域的第3次科技革命也不为过。除了前文提到的东风,17导弹之外,我国的新常建100也是基于此种理念下的超高音速产品,而在该技术突破的加持下,美国各地部署的反导系统将会彻底失去其作用,成为一堆废铜烂铁,特别是常见100可以选择更优的飞行轨道以完美避开美国各类反导系统。长剑100作为守护国土安全的一把利刃,也再次向世人证明,中国在超高音速武器领域已经全面进入世界第一序列的,中国科技所迸发出来的强大的实力无可置疑,未来在国际上的话语权也将进一步增大,感谢甚至制定新的超高因素领域的规则标准,也是我们可以期待的。



正所谓2万公里如白驹过隙,超高音速发动机横空出世,力压群雄博得满堂彩,未来超高音速历史将由中国书写,以此为基础的中国国防安全以及突破反导拦截系统的能力,也必将会大放异彩,成为维护世界和平最为重要的力量!!!