中国高超音速飞机要飞了?组合动力突破:飞行器或是珠海航展MD-22

日前某公号上的一篇关于高超音速发动机的进展让国内多个社交媒体上的军迷躁动不已，特别是在2022年11月份说明的下一个年度试飞的说法，更是让大家热血沸腾，因为今年就是要试飞的年度了，真正的、使用组合式高超音速发动机的飞行器即将问世！

组合式发动机TRRE：不只是腾云工程

笔者认为这篇文章公布的组合发动机应该是我国首先提出概念并率先突破的TRRE发动机，因为其公布的发动机属于涡轮基组合发动机，就目前的组合发动机中，只有TBCC（涡轮基冲压发动机）和TRRE（涡轮辅助火箭增强冲压发动机）这两种。目前TBCC存在不少难以解决的问题，因此极有可能是TRRE：

Chimera（奇美拉）发动机

TBCC是涡轮喷气+亚燃/超燃冲压发动机，它有两种结构，一种是串联，前面是一台涡喷发动机，后面串联一台冲压发动机，目前Hermeus的Chimera（奇美拉）发动机就属于这一种，但由于冲压模式时进气道经过涡喷外围，这个结构难以实现超燃冲压燃烧模式，所以速度不会高于5马赫。

从涡轮喷气模式转换到冲压模式

另一个使用并联模式，发动机有两个通道，慢速通道内是涡喷发动机，启动后加速到2~3马赫后启动高速冲压通道，启动后进入亚燃冲压模式，理论上此时速度提高可以过渡到超燃冲压模式，但在亚燃/超燃过渡阶段工作模式非常复杂，随着速度提升推力反而下降，并且工作不稳定，这个被称为“推力鸿沟”，难以跨越。

目前已经装机测试的超燃冲压发动机都是用火箭直接推到5马赫后再启动超燃冲压发动机，直接跨过“推力鸿沟”！而TRRE发动机则是在并联的TBCC的高速通道内装上火箭发动机，在过渡阶段使用火箭发动机辅助跨过“推力鸿沟”。

TRRE发动机：高速通道内居然有台火箭发动机

TRRE差不多就可以理解成并联的TBCC高速冲压通道内有一台引射火箭，在涡喷发动机加速到2马赫后就启动冲压发动机，此时衔接推力如果有差异则启动引射火箭解决过渡，速度提高后道4~5马赫的“推力鸿沟”时再启动引射火箭辅助过渡。

另外由于载机大幅度高度变化的机动或者机体姿态改变等机动时引射火箭随时介入辅助冲压发动机正常工作，这种发动机解决了TBCC的推力鸿沟问题，也解决了TBCC不能大范围机动的问题。所以这次公布的稳定以及多次成功测试，笔者认为是TRRE的概率极高。

TRRE发动机：绝不只是腾云工程的母子机

国内公开的高超音速民用项目有云龙单级入轨以及腾云工程二级入轨两类，前者用的是协同吸气预冷式发动机，基本已经排除装机对象，腾云工程的母子机是最大的疑似装机对象之一，这种二级入轨的飞行器工作模式如下：

母机带着子机在跑道上启动涡轮喷气发动机，推进到两马赫，然后再启动亚燃冲压发动机与引射火箭完成涡喷到冲压的模态过渡，然后在4马赫时再用引射火箭完成亚燃超燃模态过渡，最终进入超燃冲压工作模式。

最终超燃冲压发动机将母机推进到10马赫左右、高度约为33千米的高空，此时的高度已经难以支撑超燃冲压发动机工作，子机与母机分离，子机启动火箭发动机逐渐加速到第一宇宙速度进入近地轨道，母机返回机场等待下一次任务。

腾云工程的母机体长度为80多米，总重量高达140多吨，动力系统为六台涡轮基组合循环的涡火冲组合动力发动机，它的职责是运送子机，完成任务后返回机场。当然它也可以装载其他类型的载荷，比如作为一架高超音速的远程轰炸机。

要是有一架飞行高度在33千米左右，速度在7~10马赫以上，载弹量为8~10吨的轰炸机，基本上大部分防空网都拦不住，因为拦截这种级别的轰炸机，必须要用反导级别的导弹才能威胁到它，而且其轨迹不可预测，速度还那么高，拦截难度极大。

高超音速发动机试飞：到底需要怎样的环境

在文中另一个描述则是2023年会进行试飞，这个信息量相当大，可能很多朋友都没意识到这个高超音速发动机试飞意味着什么，笔者可以明确的告诉各位，要是TRRE进行装机试飞，那么载机绝不是各位能想象出来的样子！但让人大跌眼镜的是，试飞的载机可能在2022年的珠海航展中就已经公布了！

地面测试

发动机试飞：到底有飞哪些项目？

一台发动机从研发开始到正式量产，其过程是比较复杂的，一般会经历部件试验和全台发动机的整机试验两个过程，前者是在设计中进行的，包括进气道试验、压气机试验、燃烧室试验、尾喷管试验、附件试验以及零、组件的强度、振动试验等，后者则是完成发动机后的试验，包括整机地面试验、高空模拟试验、环境试验和飞行试验。

高空台测试

目前公布的试验已经进入到了飞行试验阶段，这表示这台发动机的成熟度已经相当高了，因为没有经过大量的地面台架试验以及高空模拟试验（高空台），发动机根本就上不了飞机，所以能上机测试的发动机已经非常成熟了，所以不出意外的话今年应该是就能“见”到载机了。

发动机试飞：究竟要什么样的载机？

WS-20的测试载机就是Y-20，CJ1000A的民用涡扇发动机测试也是Y-20，在近期公布的CJ1000A发动机测试的照片中，Y-20带着明显和其它三台不一样的发动机飞过天空，这就是我国的大涵道比涡扇发动机的测试载机。

CJ-1000A测试的Y-20

不过Y-20的速度最高只能亚音速，WS-20和CJ1000A这类大涵道比涡轮风扇发动机本来就在高亚音速模式下飞行，因此作为载机是没问题的！WS-15这种小涵道比涡扇发动机就需要高速机型来测试，目前我国并没有专业的小涵道比测试机，此前被爆出用J-20的早期的原型机2012来测试WS-15。

因为WS-15本来的装机对象就是J-20，而且J-20还是双发，所以一台稳定工作的发动机加一台测试发动机，双发测试安全性能满足要求，而且J-20的最高速度应该在2.2马赫以上，并且按J-20的展弦比计算，最高速应该可以超过2.6~2.8马赫，因此测试WS-15这种小涵道比大推力风扇完全可以满足要求。

然而测试TRRE发动机就有点麻烦了，这种发动机速域很宽，从0速度到7马赫以上，如果用氢燃料，理论上应该可以超过10马赫，就像《壮志凌云2》里的“DARK STAR”，这种级别的气动布局差不多可以满足高超音速状态下的测试飞行。

我国有这种高超音速的机型可以满足要求吗？各位不用去猜社交媒体上曾经公布过的各种高速机型的CG图片，因为答案很可能已经有了，2022年11月8日至13日，在珠海国际航展中心矩行的第十四届中国航展中就展出过一架型号为MD-22的宽速域飞行器，当时这架飞行器旁边的展示标牌是这样说明的：

• 机长10.8米，翼展4.5米，起飞重量约4吨；
• 0~7马赫，最大航程可达8000km；
• 临近空间高超音速技术试验平台；
• 高速条件下实施6g稳盘过载；

最关键的几个参数就是0~7马赫和整机尺寸，最高7马赫表示这种飞行器可以测试使用碳氢燃料的TRRE发动机的飞行包线，机身尺寸表示它可以装进比较大型的发动机，也就是说可能会在未来载人的大型飞行器发动机。

另一个则是它的定位是临近空间高超音速技术试验平台，这就表示MD-22担任的使命中应该就会包括测试发动机这种重要任务的。另外它还能在高速条件下进行6g稳盘过载测试，这表示MD-22还能测试在高超音速下的机动性能。

珠海航展期间笔者就怀疑这一架没有发动机的高超音速测试平台的任务可能性，当时认为中国有那么多高超音速发动机需要测试吗？居然小题大做搞了一家专门测试高超音速发动机与其他电子等相关设备的测试平台，然而被打脸的是，居然就在MD-22测试平台展出的不久后我们的TRRE发动机五天内四次大型试车并且次次成功，就等着2023年装机测试了。

除了TRRE，还有哪些高超音速发动机

上文中简单介绍了涡轮冲压组合发动机（TBCC）和涡轮辅助火箭增强冲压发动机（TRRE），除了这两种以外，还有火箭冲压组合发动机（RBCC）和空气涡轮火箭/冲压发动机（ATR）以及协同吸气式发动机（SABRE）。

以上这些属于等压燃烧类发动机，燃料与空气混合均匀燃烧，压力增加的同时会在尾喷口排出形成一定的平衡，这类燃烧方式持续稳定，但效率比较低。除了等压燃烧外还有近似等容燃烧的爆震发动，比如脉冲爆震、旋转爆震以及斜爆震等都属于这一类。

爆震发动机的燃烧室内燃料与空气混合后是爆炸方式燃烧，可以看成是等容燃烧，这种发动机效率高，缺点是推重比（与频率有关）与稳定爆震模式工作等目前还没非常成熟，但这种发动机结构简单，是未来的喷气式发动机发展方向。