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中國突破16馬赫斜爆震發動機 假的?
送交者: 三把刀 2025年03月05日23:21:53 於 [軍事天地] 發送悄悄話

2月26日,香港《南華早報》稱,中國科學家們“已開發”出世界上第一台使用航空煤油的斜爆震發動機,飛行速度可達16馬赫(相當於時速2萬公里),一時間引起了巨大轟動。不過仔細想想這件事,可能並不符合實際情況。

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▲《南華早報》報道原文,圖片來源:網絡

因為這短短一句話中,蘊含的信息量是相當豐富,因此需要簡單拆解一下。首先是16馬赫的超高速度。這是個什麼概念呢? 先說航空領域,美國F-22戰鬥機的最高速度大約為2.25馬赫,雖然不是最快的,但是已經是人類戰鬥機的頂尖水平了。而目前人類所造的速度最快的飛行器之一,是美國NASA的X-43A技術驗證機。

最理想狀態下,速度大約為9.6馬赫。如果這台16馬赫的發動機已經實用,那麼裝上了某個飛行器後,它的性能將直接“逆天”。考慮到赤道的總周長不過40075公里,這個飛行器有能力在2個小時左右就環繞赤道飛行一圈。粗略計算一下可知,上海到北京的距離大約為1200公里,上海到洛杉磯大約有10000公里。那麼這台飛行器,只需要花不到4分鐘的時間就可以完成第一趟路程,不到30分鐘,就能飛越整個太平洋。

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▲X-43A,圖片來源:網絡

如果這種飛行器存在,那麼放在航天領域也一樣顛覆。實際上第一宇宙速度也就是進入近地球軌道的速度為28440公里/小時,第二宇宙速度即擺脫地球引力的速度為40320公里/小時。雖然16馬赫飛行器還差一點意思,但距離第一宇宙速度已經非常接近。達到它,似乎也就是“一腳油門”的事——都16馬赫了,再弄個20馬赫的,好像努力努力也行。

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▲航天器再入想象圖,16馬赫飛行器的飛行場景和它差不多,圖片來源:網絡

現實中,這種飛行器的飛行狀態一定會非常震撼,因為16馬赫狀態下,它差不多和載人航天器再入大氣層時的速度差不多,也和部分洲際彈道導彈進入末端垂直打擊時候的速度差不多,它將會在大氣層內擦出非常耀眼的火光。

不過這種飛行器肯定得是無人駕駛的才行,因為即使是經過了嚴苛訓練的航空航天員,最多只能承受9個G左右的加速度。那麼這台飛行器從0加速到16馬赫,就拿9個G來計算好了,也需要63秒時間,飛行距離大約為170公里。這還只是理論計算,畢竟在極限9個G狀態下讓人類挺過63秒是非常困難的。所以就算是發動機有這個能力能飛16馬赫,裝這台發動機的飛行器也沒辦法有人駕駛,否則就需要幾分鐘甚至十幾分鐘才能達到16馬赫。

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▲9個G對於人類而言已經非常極限,圖片來源:網絡

總之,如果這種發動機真的存在,那麼顛覆性通過以上列舉的案例,肯定不難理解。問題在於,《南華早報》的報道實際上嚴重誇大了情況。《南華早報》引述的專業性研究論文是一篇名為《RP3航空煤油斜爆轟發動機試驗研究》的報道,來自中科院力學研究所,權威性不容置疑。論文提到,中國完成了全球首例用航空煤油驅動斜爆震發動機的實驗,這絕對是一個創舉。但是關於“16馬赫”這個速度,根本不存在。

論文原文提到16馬赫速度的只有1處,那就是1978年美國開展的斜爆轟發動機試驗證明,斜爆轟發動機具有拓展到6~16馬赫的寬域飛行範圍的能力。換句話說,6~16馬赫,是斜爆轟發動機的一個理論研究數值,16馬赫大致是斜爆轟發動機可能的理論極限速度。這篇文章只有引言部分提到了16馬赫,剩下的主要內容可以說和16馬赫毫無關係。

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▲《RP3航空煤油斜爆轟發動機試驗研究》原文,圖片來源:網絡

所以簡單總結一下:第一,中國並沒有16馬赫的斜爆轟發動機“問世”或者進入“實用狀態”。第二,論文中也沒有進行所謂能達到16馬赫的斜爆轟發動機試驗。這篇論文的核心內容只有一個:在JF-12風洞中進行了一次速度9馬赫,維持時間大約幾十毫秒的實驗,驗證能否使用航空煤油驅動斜爆轟發動機。

為什麼只有9馬赫呢?因為這就是JF-12風洞的極限。那為什麼實驗時間僅有幾十毫秒呢?這是因為這種類型的實驗通常特別“費錢”,沒有足夠的經費來支撐進行長時間的實驗。那麼,為什麼要驗證航空煤油驅動斜爆轟發動機的可能性呢?這就要說斜爆轟發動機的具體原理了。

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▲斜爆轟發動機的原理和兩種類型,圖片來源:網絡

簡單來說,人類目前所研究過的吸氣式發動機不管是什麼類型的,原理都是緩燃式的發動機,它們的速度基本上只能達到10馬赫以下。而要突破10馬赫以上的更高速度,就必須使用爆轟發動機/爆震發動機。爆震發動機就是讓燃料在發動機內產生爆炸,這樣能夠產生更多的能量,能使得飛行器達到更快地速度。

所謂斜爆轟/斜爆震,指的是依靠斜激波而非正激波引起爆震的發動機類型,總之斜激波是高超聲速領域內的一個概念,是高速氣流撞擊在斜板上而產生的,可以被斜爆轟發動機利用來產生爆震燃燒。依照過去的研究成果,斜爆轟發動機需要使用的燃料是氫氣+碳氫化合物,但是氫氣非常不容易攜帶和儲存,於是中國科學家們想到了使用航空煤油。航空煤油不是不能用來驅動,但是會增加發動機本身的設計難度。中國之所以要進行這方面的研究,其實就是希望把斜爆轟發動機推向實用化。畢竟將來航空使用斜爆轟發動機的飛行器,攜帶氫氣罐方便還是攜帶航空燃油罐方便,這是一目了然的事情。

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▲中國使用航空煤油驅動斜爆轟發動機的過程,圖片來源:網絡

總而言之,中國的實驗表明,我們有能力設計出使用航空煤油驅動的速度9馬赫的斜爆轟發動機,但實際上,因為驅動時間太短,這一型號發動機距離實際使用還有距離。至於它會用在導彈或者高超聲速飛行器上等等問題,這已經是非常非常以後的事情了。

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