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一小时打遍全球!西工大“飞天一号”成功试射,超级强国的利器

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目前,全世界只有三个国家在高超音速飞行器和高超飞行动力领域取得了卓有成效的研发成绩,那就是中国、美国和俄罗斯。预计在10至15年内,其他国家都只能看着中美俄的高超声速飞行器流口水。


在7月4日,西北工业大学牵头研发的“飞天一号”火箭冲压组合动力在西北某靶场成功发射,全球首次验证了煤油燃料的火箭冲压组合循环发动机,实现了火箭/压燃、超燃、火箭/超燃的多模态自由调节能力。

此次发射实验还突破了热力喉道调节、超宽包线的高效燃烧组织等关键技术。超燃冲压的成功启动,飞行试验获得圆满成功,这是人类第一次实现从压燃到超燃冲压的全模式衔接!


这可是个好东西,标志着中国在吸气式超燃冲压火箭组合循环发动机的高超音速飞行器领域也处于世界顶尖水平了。

目前现役的超音速武器使用的冲压发动机,都是使用传统的亚音速燃烧室,进气道和燃烧室内的空气流速为亚音速,导弹速度最多在4马赫以下,再往上提速时就遇到了问题。当飞行速度越来越快时,进气道吸入的空气也就变成了超音速,超音速空气直接进入燃烧室和燃料混合燃烧,相当于在12级大风中点燃一颗火柴,并且还要求稳定燃烧,这在技术上非常难,而实现了这一技术的发动机就是超燃冲压发动机。

西工大“飞天一号”这次成功地衔接超燃冲压阶段的经验,可以给“腾云”空天飞机工程的一级空天飞机提供动力。腾云一级的0-4马赫发动机在2018已通过验证。预计“腾云”在2030年首飞,初期超燃冲压发动机的最大速度应该7马赫左右。


看西工大“飞天一号”火箭冲压组合动力系统,头部是一个采用乘波体的下颚进气道的飞行体,后面是火箭发动机。与已经服役的单纯采用火箭发动机的东风-17高超音速导弹不一样。

“飞天一号”的头部与俄罗斯的“锆石”高超音速导弹有点相似,但“锆石”导弹是单纯的使用冲压发动机,并没有大气层外飞行的能力。而“飞天一号”是组合循环发动机,拥有一个很强大的冲压火箭组合发动机。


高超声速飞行器指的是飞行速度大于5马赫,在大气层内和跨大气层飞行的飞行器。中国在高超音速飞行器领域起步较晚,但进步神速,拥有一个规模和研制进度都不亚于美国的庞大高超声速武器发展计划。

查看我们国家的《中长期科技规划(2006~2020年)》可知,中国的高超声速技术的发展将分为三个阶段:


首先是在2020年前研制出两种高速武器。

第一种是高超声速滑翔战斗部,速度超过10马赫,射程数千甚至上万公里,由弹道导弹发射,以跳跃-滑翔弹道在大气层边缘飞行。这种武器的代表型号就是东风-17/27,已经服役了。

第二种是可在大气层内飞行的使用冲压发动机的高超声速巡航导弹,最大速度超过6马赫,射程1000~2000公里,可由多平台装载。


中国在2015年曾完成轴对称超燃冲压发动机飞行试验,试验飞行器最大飞行速度达到马赫数7,最大飞行高度达到3万米。2015年的国防科技技术进步特等奖,被授予中国航天科工三院的国家某“重大专项试验飞行器”工程。这个试验飞行器采用非轴对称的乘波体构型,属于“原始性创新”,没有参照物,世界独一无二。

在2020年,我国还将超燃冲压发动机的工作时间延长到600秒,打破了美国210秒的世界纪录。


中国还计划在2020~2030年间,研制出组合循环式发动机的高超声速飞机(第6代机?),巡航速度要超过5马赫,航程1万公里以上,可实现1小时全球到达。

接下来就是计划到本世纪中叶,研制出可重复使用的空天飞机,跨大气层飞行,高空速度可达12~25马赫,能直接进入地球轨道,完成任务后再入大气层滑翔、水平降落。

为了实现上述计划,中国做了很多基础性的研究,例如西北工业大学2011年到2015年开展的临近空间高动态飞行器研究项目,目标就是美国X-43A,为我国未来十五到二十年高超声速巡航导弹项目提供技术支持。西工大等一大批中国科研机构在气动研究,高超声速飞行器总体设计,超燃冲压发动机,地面模拟试验、超声速流动燃烧机理等方面研究取得了重大进展。


西工大“飞天一号”的动力系统,就是给上述的高超音速飞机和重复使用空天飞机准备的。准确地说应该叫“火箭基组合循环”(RBCC)推进系统,整合了火箭发动机、亚燃冲压发动机和超燃冲压发动机,一共有四个工作模态:引射模态、亚燃冲压模态、超燃冲压模态和纯火箭模态。

在马赫数达到7时,发动机由亚燃冲压转变到超燃冲压,当飞行马赫数超过12时,进气道关闭,推进系统转入纯火箭模态。这种组合循环发动机很适合作为返回式空天飞行器的动力系统。


超燃的火箭冲压组合循环发动机特别适合高超音速飞行器在武器领域的应用,适合配备给空天飞机进行远程快速打击。例如美国的全球快速打击计划,可在1小时内打遍全球任何一个角落。

中国目前有多个高超音速飞行器计划,包括远程弹道导弹助推的跨大气层高超音速滑翔飞行的全球打击武器,使用了混合涡轮冲压发动机动力的有人/无人驾驶高超音速飞机,使用了超燃冲压发动机动力的高超音速巡航导弹,使用了火箭冲压组合循环发动机的可重复使用空天飞机。这些技术都紧追美国,与美国正在发展的各项高超声速研究项目一一对应。


这说明中国正在以追赶并超越美国的最尖端航空技术为目标,并且取得了喜人的成功。以高超音速飞行器为代表的尖端武器技术,是中国在一百年内保持世界超强地位的有力保障。

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