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美军启动高超声速发动机新项目 东风17还能领先多久

文章来自:财经探索
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发布时间:2020-11-05 09:29:09
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2020年11月2日,《军事维基》网站报道说,波音公司从美国海军获得了一份价值3000万美元的合同,与美国海军空战中心武器部门共同开发先进冲压喷气发动机飞行演示机。这项研究工作将以2010年结束的X-51A“乘波体”项目为基础,力争研制一种能用F/A-18“超级大黄蜂”发射的先进导弹。

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美国海军打算把F/A-18改成高超声速导弹攻击机

这显然意味着,美国军方打算在高超声速飞行器方面,发起一场高技术军备竞赛了。

高超声速飞行器和其他飞行器一样,由结构、动力、制导导航控制、载荷这四个大的部分组成。但是考虑到高超声速飞行条件下的气动加热问题,这种飞行器还有一个热防护的关键技术领域。当然,最重要的领域就是动力。

高超声速飞行器如果按照动力形式来划分,可以分成火箭助推-滑翔式和吸气式两种。火箭助推式自然就是用火箭来把飞行器送到高空、达到超过5倍音速的高速,然后滑翔下降,利用势能-动能的转换来保持高速。所谓吸气式,就是和普通飞机一样不携带氧化剂、只携带燃料,靠空气中的氧气来燃烧和推进。很显然,吸气式动力的体积更小、重量更轻,具有更高的战术价值。而且,只有吸气式的型号才能考虑反复使用,从而服务于未来的高超声速载人飞机。美国海军与波音公司打算推进研制的这种发动机,就是吸气式的。由于这种发动机是在高超声速条件下使用的,几乎都采用冲压原理,因此也被叫做超燃冲压发动机。

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2010年完成项目的X-51A

美国很久以前就在火箭助推-滑翔式高超声速飞行器方面取得了突破,但是用这种技术研制的导弹体积和重量都很大,不适用于美军的全球部署、全球打击战略。因此一直发展缓慢。对于能够用战术飞机投射的吸气式高超声速飞行器,美军的兴趣就比较大了。著名的X-51A项目就是美国目前技术水平最高的型号。到项目下马为止,它实现了240秒的持续高超声速飞行记录。虽然中国国防科技大学的高超声速吸气式发动机曾经达到600秒的持续燃烧记录,但是在地面台架试验中实现的,不能直接对比。

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X-51A实现了240秒高超声速燃烧

中国率先展示东风17导弹后,意味着中国在高超飞行器的气动结构、防热技术、飞行控制技术等方面都已经达到世界先进水平,在实用化方面甚至已经有相当幅度的领先。这对美国造成了强烈刺激。美军决定采用两条腿走路的方式,首先是尽快把火箭助推-滑翔类型的高超声速导弹投入实用,也就是AGM-183A。尽快实现追赶。另一方面当然就是继续大力推进超燃冲压发动机的研制,试图在另外一条技术路线上拉开差距。

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航空发动机部门研制的超燃冲压发动机

虽然中国在高超声速技术实用化方面取得了领先,但在吸气式发动机的研制上,国内的科研水平如何呢?科学技术部高技术研究发展中心和西安交通大学航天航空学院专家在2019年初联名发表的一篇论文中指出:

90年代后期至今,随着国家大量资金的投入,超燃冲压发动机的地面试验设施逐渐完善,超燃研究进一步深入与细化,涌现出大量研究成果,并突破了一些超燃冲压发动机关键技术。

但同美国、英国、俄罗斯、法国、澳大利亚以及日本等国的研究状况相比,我国的高超声速推进技术在研究手段、设备建设、经费投入和人才培养等方面还有很大的差距,仍需要围绕超燃冲压发动机在推进系统设计、测量技术与飞行试验、材料与结构、飞行控制等关键技术上加强研究、寻求突破,为超燃冲压发动机的广泛应用铺平道路。

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达到世界先进水平的FD-21

也就是说,我们没有盲目乐观的理由。但与此同时,我们也应当有自信和乐观。从国内的论文发表情况来看,对吸气式动力——也就是超燃冲压发动机——的研究正在广泛开展,不但各大航空航天动力单位实施了各个层次的研发,有关高校也在积极从事理论研究。仅仅涉及到的燃料就包括液氢、碳氢化合物、固体火箭燃料等。更重要的是,中国已经建立起了最重要的基础设施之一:高超声速风洞。特别是航天十一院新建的FD-21高能脉冲风洞,可以进行8倍音速飞行的燃烧条件模拟,模拟飞行高度达到了31千米,具有世界先进水平。中国航空发动机研究院还利用JF-12风洞,在10倍音速条件下实现了发动机的成功点火与稳定燃烧。

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10倍音速下正常工作的国产超燃冲压发动机

从论文统计来看,中国在超燃冲压发动机的研制上,能够投入比美国更多的科研人员和科研设施。虽然这些科技工作者的收入只有美国研究者的几分之一甚至更少,但是他们的聪明才智却一点都不差。只要国家保持经费投入,在超燃冲压发动机乃至吸气式高超声速飞行器总体上,就一定能赶上乃至超过世界先进水平。