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你以为西工大发射的是乘波体高超音导弹,多模冲压发动机才是核心

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贡献了我国诸多各领域科学家的西工大,7月5日上午在其微信公众号发布消息称,7月4日由西工大航天学院空天组合动力创新团队牵头研制的“飞天一号”火箭冲压组合动力飞行器,在西北某基地成功发射。该新型组合动力飞行器,是国际上首个成功验证了以煤油燃料为火箭冲压组合循环介质的新型复合动力系统,在火箭/亚燃、亚燃、超燃、火箭/超燃的多模态平稳过渡和宽域综合能力有着实质性优势,并突破了热力吼道调节、超宽包线高效燃烧等关键技术。


从其官微发布的这则消息和配图来看,西工大此次成功发射的这枚“飞天一号”火箭冲压组合动力飞行器,光是这短短的几行字和配图,就能让熟悉的人眼前一亮,因为这里面包含的新技术信息量太多了。

一、从其配图展示的飞天一号组合动力飞行器的弹体外形就能看出,西工大成功发射的并不是什么新型动力的运载火箭或者某些亚轨道飞行器,而更像是一种全新结构的高超音速导弹,特别是其气动外形和此前我军批量列装的东风-17末段高超音速飞行弹头结构非常相似。



特别是从弹体头部位置来看,其相比东风-17的纯乘波体弹头结构又有所不同的是,飞天一号的高超音速弹体下部有明显的进气口存在,同时尾部上下两侧都设计有矢量喷口,但是却没有见到类似东风-17的气动舵面。那也就意味着相比东风-17依靠气动舵面进行精准控制而言,“飞天一号”抛弃了气动舵面后,首先飞行阻力大幅降低,其最大飞行速度或许比东风-17导弹7—10马赫的飞行速度更快,同时在这么高的速度下,改为使用方向、姿态精准控制的矢量喷口来替代气动舵面,除了能够进一步保证飞行姿态外,还能够降低热防护难度,继而降低研发难度和成本。


二、以往的高超音速导弹大部分采用的都是固体火箭发动机助推+乘波体技术,但是这次飞天一号采用了以煤油为燃料的液体火箭发动机技术,煤油除了相比之前国外普遍使用的液氢燃料更容易储存、安全性更高外,还有一个优势就是煤油常温常压下就能长久保存、且制取非常方便,而且相比液氢液氧等特种燃料成本更低,像民航客机普遍使用的就是航空煤油。



所以飞天一号飞行器使用煤油作为主要燃料,且能够发射成本,除了证明了煤油作为低成本燃料下的实战化发射优势外,更意味着这种技术的工程化验证成功,也就距离实战化部署不远了。


你以为展示的是乘波体的高超音速导弹,实际上组合冲压才是核心

在西工大发布的这则消息中,有一段话初看的确很让人难懂,因为这种“以煤油燃料为火箭冲压组合循环介质的新型复合动力系统,在火箭/亚燃、亚燃、超燃、火箭/超燃的多模态平稳过渡和宽域综合能力有着实质性优势,并突破了热力吼道调节、超宽包线高效燃烧等关键技术”背后到底是什么意思?光是从字面上看是很难让人弄懂的。


其实具体来说的话,这段话的背后主要是指飞行器从发射点火到最终的整个飞行路线和飞行姿态的变化情况。比如飞行器由第一级也就是我们看到体积非常大的火箭发动机点火升空加速,并使得整个飞行器的速度超过2马赫以上后,一二级开始分离,这个时候飞行器就属于火箭/亚燃状态;成功分离后二级飞行弹头开始逐步点火加速,由于冲压发动机至少要达到4马赫以上才能稳定燃烧,所以这个时候的吸入式冲压发动机内部实际处于亚燃状态;等到整个飞行器的飞行速度超过4马赫以上后,也就进入到超燃飞行状态;至于这个火箭/超燃状态到底是什么原理,官方并没有公开,网上也没有这方面的信息,但这可能就是飞天一号能够以更高速度飞行的神秘之处了吧。


而以往介于技术的限制,根本无法实现这种多模组同时兼容的情况,比如早前的复合冲压发动机,除了将火箭发动机串联在冲压发动机尾部,形成一二级外,还有就是直接在冲压发动机燃烧室内集成火箭发动机,这样除了能够缩小导弹体积和重量外,还有一大优势就是能够大幅提升导弹的加速度。但是这种传统结构的复合冲压发动机最大的短板就是其无论是助推段的火箭发动机还是主推段的冲压发动机,受限于自身体积等多方面限制,其燃烧工作时间都很短,继而导致飞行器的航程和滞空时间都比较短。


但飞天一号的成功发射,也就意味着我们已经成功突破了这种技术限制,能够在这种多模态飞行状态下,仅是改变内部动力系统尺寸,就能将射程大幅提升。同时这种不同模式的动力系统,除了射程大幅提升外,还有一大优势就是其能够随时改变热吼道直径来调节推力输出大小,继而能够在不同飞行速度下平稳过渡,大幅提升飞行器的宽域范围。


那试想一下这种新型复合动力系统最大的使用对象,或许就是能长时间绕轨道运行的“空天轰炸机了”,比如我国未来完全能够基于这种新型复合动力系统,研制出一种类似电影中的“上帝之杖”一样的空天飞机,这样就能够在不造成入侵的前提下,永远的在敌国上空悬停一把利剑一样。



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