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美軍啟動高超聲速發動機新項目 東風17還能領先多久
送交者: 一劍破天 2020年11月04日19:40:36 於 [軍事天地] 發送悄悄話

  2020年11月2日,《軍事維基》網站報道說,波音公司從美國海軍獲得了一份價值3000萬美元的合同,與美國海軍空戰中心武器部門共同開發先進衝壓噴氣發動機(SPEAR)飛行演示機。這項研究工作將以2010年結束的X-51A“乘波體”項目為基礎,力爭研製一種能用F/A-18“超級大黃蜂”發射的先進導彈。

  美國海軍打算把F/A-18改成高超聲速導彈攻擊機

  這顯然意味着,美國軍方打算在高超聲速飛行器方面,發起一場高技術軍備競賽了。

  高超聲速飛行器和其他飛行器一樣,由結構、動力、制導導航控制、載荷這四個大的部分組成。但是考慮到高超聲速飛行條件下的氣動加熱問題,這種飛行器還有一個熱防護的關鍵技術領域。當然,最重要的領域就是動力。

  高超聲速飛行器如果按照動力形式來劃分,可以分成火箭助推-滑翔式和吸氣式兩種。火箭助推式自然就是用火箭來把飛行器送到高空、達到超過5倍音速的高速,然後滑翔下降,利用勢能-動能的轉換來保持高速。所謂吸氣式,就是和普通飛機一樣不攜帶氧化劑、只攜帶燃料,靠空氣中的氧氣來燃燒和推進。很顯然,吸氣式動力的體積更小、重量更輕,具有更高的戰術價值。而且,只有吸氣式的型號才能考慮反覆使用,從而服務於未來的高超聲速載人飛機。美國海軍與波音公司打算推進研製的這種發動機,就是吸氣式的。由於這種發動機是在高超聲速條件下使用的,幾乎都採用衝壓原理,因此也被叫做超燃衝壓發動機。

  2010年完成項目的X-51A

  美國很久以前就在火箭助推-滑翔式高超聲速飛行器方面取得了突破,但是用這種技術研製的導彈體積和重量都很大,不適用於美軍的全球部署、全球打擊戰略。因此一直發展緩慢。對於能夠用戰術飛機投射的吸氣式高超聲速飛行器,美軍的興趣就比較大了。著名的X-51A項目就是美國目前技術水平最高的型號。到項目下馬為止,它實現了240秒的持續高超聲速飛行記錄。雖然中國國防科技大學的高超聲速吸氣式發動機曾經達到600秒的持續燃燒記錄,但是在地面台架試驗中實現的,不能直接對比。

  X-51A實現了240秒高超聲速燃燒

  中國率先展示東風17導彈後,意味着中國在高超飛行器的氣動結構、防熱技術、飛行控制技術等方面都已經達到世界先進水平,在實用化方面甚至已經有相當幅度的領先。這對美國造成了強烈刺激。美軍決定採用兩條腿走路的方式,首先是儘快把火箭助推-滑翔類型的高超聲速導彈投入實用,也就是AGM-183A。儘快實現追趕。另一方面當然就是繼續大力推進超燃衝壓發動機的研製,試圖在另外一條技術路線上拉開差距。

  航空發動機部門研製的超燃衝壓發動機

  雖然中國在高超聲速技術實用化方面取得了領先,但在吸氣式發動機的研製上,國內的科研水平如何呢?科學技術部高技術研究發展中心和西安交通大學航天航空學院專家在2019年初聯名發表的一篇論文中指出:

  90年代後期至今,隨着國家大量資金的投入,超燃衝壓發動機的地面試驗設施逐漸完善,超燃研究進一步深入與細化,湧現出大量研究成果,並突破了一些超燃衝壓發動機關鍵技術。

  但同美國、英國、俄羅斯、法國、澳大利亞以及日本等國的研究狀況相比,我國的高超聲速推進技術在研究手段、設備建設、經費投入和人才培養等方面還有很大的差距,仍需要圍繞超燃衝壓發動機在推進系統設計、測量技術與飛行試驗、材料與結構、飛行控制等關鍵技術上加強研究、尋求突破,為超燃衝壓發動機的廣泛應用鋪平道路。

  達到世界先進水平的FD-21

  也就是說,我們沒有盲目樂觀的理由。但與此同時,我們也應當有自信和樂觀。從國內的論文發表情況來看,對吸氣式動力——也就是超燃衝壓發動機——的研究正在廣泛開展,不但各大航空航天動力單位實施了各個層次的研發,有關高校也在積極從事理論研究。僅僅涉及到的燃料就包括液氫、碳氫化合物(可以是航空煤油或者甲烷)、固體火箭燃料等。更重要的是,中國已經建立起了最重要的基礎設施之一:高超聲速風洞。特別是航天十一院新建的FD-21高能脈衝風洞,可以進行8倍音速飛行的燃燒條件模擬,模擬飛行高度達到了31千米,具有世界先進水平。中國航空發動機研究院還利用JF-12風洞,在10倍音速條件下實現了發動機的成功點火與穩定燃燒。

  10倍音速下正常工作的國產超燃衝壓發動機

  從論文統計來看,中國在超燃衝壓發動機的研製上,能夠投入比美國更多的科研人員和科研設施。雖然這些科技工作者的收入只有美國研究者的幾分之一甚至更少,但是他們的聰明才智卻一點都不差。只要國家保持經費投入,在超燃衝壓發動機乃至吸氣式高超聲速飛行器總體上,就一定能趕上乃至超過世界先進水平。


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