设万维读者为首页 广告服务 技术服务 联系我们 关于万维
简体 繁体 手机版
分类广告
版主:白夫长
万维读者网 > 军事天地 > 帖子
中国空天飞机发动机首飞成功 速度或达6马赫以上
送交者: 力挽狂澜 2020年09月23日17:48:47 于 [军事天地] 发送悄悄话

  前些日子,中国国产空天飞机研制的消息被外媒炒得十分火热,有的朋友就问了,我国空天飞机研制、试验取得了重大进展,那么空天飞机的“心脏”——空天飞机发动机的研制究竟处于怎样的水平?它是否也和航空发动机、船舶发动机一样受制于“心脏病”?

  实际上,中国在空天飞机动力技术的研究试验上,也处于世界第一梯队水平。这不,2020年9月21日,西安航天动力研究所官方微信公众号发布了一篇题为《十年艰难求索路一飞冲天震九霄——我所研制的某组合动力发动机首飞成功》的新闻稿件,其中透露了一条非常重大的信息——中国的国产新型组合动力发动机,刚刚首飞成功了!

  本次新型组合动力发动机试验的西北戈壁

  组合动力发动机,空天飞机的“心脏”

  空天飞机的动力与常规飞机相比最大的特点就是,它要进行跨介质工作,在大气层内和临近空间不同环境状况下都要能正常工作,而常规飞机的发动机针对的仅仅是大气层内,主要是25千米以内的工作环境。

  目前而言,空天飞机工作的介质环境大致可以分为三个范围,一是距离地面大约30千米以内,这个地方是目前绝大多数常规飞机飞行的范围,使用的主要是涡轮喷气式发动机。二,在超过30千米,到50、60千米的地方,由于地球引力作用变小,空气就非常稀薄了,这个时候如果使用涡轮喷气式发动机,就没有足够的空气进入发动机燃烧室,发动机就得熄火。因此目前大多数战斗机的实用升限都在25千米以下,只有SR-71“黑鸟”能在30千米高飞行,而且,它使用的发动机与一般常规飞机还不一样。在这个空气稀薄的区间空天飞机要正常飞行,就必须使用另一种吸气式发动机——冲压发动机。因为冲压发动机工作的要求速度比涡扇发动机更高,飞机飞得更快,那么就有越多的空气进入冲压发动机燃烧,这样一来就可以解决稀薄空气中的燃烧氧化剂问题。三,当空天飞机飞行高度超过60千米,达到100千米甚至于更高的高度位置,这里的空气已经稀薄到连冲压发动机都无法工作的地步,属于与外太空环境类似的临近空间了,这里就要用航天器上广泛使用的火箭发动机来推动。

  美国超燃冲压发动机正在进行测试

  简单的说,空天飞机要在不同的环境下飞行,因此就需要有适应不同环境的多种动力装置,这就是“空天组合动力发动机”。

  从报道看组合动力发动机——可能是火箭基组合循环发动机

  那么,从西安空天动力研究所发布的新闻稿中,能看出哪些东西呢?这个“组合动力发动机”,具体可能采用何种技术呢?

  目前而言,空天组合动力发动机主要分为“涡轮基”和“火箭基”组合循环发动机两个大类。从报道的具体内容看,西安空天动力研究所此次成功首飞的新型发动机,应该属于火箭基组合循环发动机中的一种。为什么呢?

  首先来看新发的试验发射:“伴随着巨大的响声,一支穿云箭划破宁静,缕缕白烟在蓝天与黄沙的映衬下分外惹眼,仿佛架起天与地连接的桥梁。”这种诗意的笔触,描写的显然是火箭助推发射时的场景,这一技术也被称作“火箭引射过程”,这个时候,与吸气式发动机并联的火箭发动机开始点火,空天飞机从地面开始起飞,此时的速度,在0到3马赫之间。

  那么火箭发动机成功实现引射过程之后,就要轮到与他并联的“吸气式发动机”工作了,它是火箭基组合循环发动机的另一个组成部分。新闻稿原文中这样写到:“进一步验证了真实飞行状态、来流条件下发动机各项关键技术”,从来流这个术语来分析,可以确定与火箭发动机组合的确为一种“吸气式发动机”,所谓吸气式发动机,就是自身不携带氧化剂作为燃料一部分,依靠吸气方式从大气中获取用于燃烧工作的氧气(氧化剂)从而燃烧工作的发动机,我们熟悉的喷气式发动机(包括涡扇、涡轮轴、涡桨、涡喷和冲压发动机)都属于吸气发动机范畴。

  那么,这个火箭基组合循环发动机中的吸气式发动机,具体而言究竟使用的是哪一种呢?是亚燃、超燃还是涡扇发动机?

  从报道中该组合动力发动机总师张蒙正的诗一首分析,“启动顺利流道畅,点火迅速室压高。”很有可能是超燃冲压发动机或亚燃/超燃组合发动机,这种发动机的特点是超声速气流直接进入流道,在燃烧室中与燃烧剂掺混,在高温、高压、高速的条件下直接燃烧,产生巨大的能量。实际上,要在超声速甚至高超声速来流中点燃燃烧室是非常困难的,有技术专家将其形容为“在十级台风下点燃一根火柴”。然而从张蒙正总师自信豪迈的诗句中可以看到,超燃或超燃/亚燃冲压发动机,模态转换巧妙自如,产生了极高的功率增益,试验获得了圆满成功。

  一种火箭基组合循环发动机RBCC结构示意图

  从技术角度看,其与火箭基发动机并联的,更有可能是一种超燃/亚燃冲压双模态发动机,它的机理,是超燃冲压发动机在6马赫以上以正常的超燃状态工作,而当马赫数低于6时,会利用变循环技术和调整机构在进气道内产生正激波,通过激波让气流减速,从不到6马赫减到声速以下,这样一来发动机就变成了亚燃工作模式。这种利用激波的方式,就有效扩展了超燃冲压发动机的工作范围,使其成为了一种双模冲压发动机。

  结语

  当然,关于成功首飞的新型国产空天组合动力发动机,由于目前官方并未公开予以详细报道,其具体采用了何种结构和技术尚需要时间来给出答案,但有点板上钉钉——中国是世界上最早宣布空天组合动力发动机成功首飞的国家之一,也是在火箭基组合循环发动机上研制进度最快的国家之一。飞行器研制,动力先行,空天发动机是空天飞机最核心也是技术难度最大的关键技术之一,在空天组合动力发动机上取得突破,意味着中国的空天飞机距离“一飞冲天”的那天已经并不遥远!


0%(0)
0%(0)
  环球时报则等到2019年1月7日才报道  /无内容 - 大智本行 09/25/20 (4)
  印度经济时报最早发布,2018年8月6日,CNN第二天也发布  /无内容 - 大智本行 09/25/20 (4)
标 题 (必选项):
内 容 (选填项):
实用资讯
回国机票$360起 | 商务舱省$200 | 全球最佳航空公司出炉:海航获五星
海外华人福利!在线看陈建斌《三叉戟》热血归回 豪情筑梦 高清免费看 无地区限制
一周点击热帖 更多>>
一周回复热帖
历史上的今天:回复热帖
2019: 共军十一展示新武器
2019: ▲盧斯達:「中國正常化」實驗最終只得
2018: 九一八:你必须知道的8个历史真相
2018: 关于刘强东一案的几点意见
2017: 最最最反对“毛泽东思想”的正是毛泽东
2017: 毛泽东思想过时了吗?
2016: 金庸:为什么历史上没有一个国家能成功
2016: 一位中国军人对怀疑解放军战力的回答:
2015: 港薹媒軆:國民黨軍隊的抗日真相令人震
2015: 中国,英国不容错过的黄金伙伴