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中国高超音速冲压发动机使导弹射程增加2倍!冲压式发动机原理图压铸加工

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2019年08月24日

2017-06-15 09:01:57来源: 贤集网

中国新型“高超音速冲压发动机”将使空空导弹射程增加到原来的3倍!近日,澳大利亚新闻网等多家外媒爆出这一重大消息。澳媒称,这种高超音速空空导弹射程可达320公里,歼-20可携带6枚。不过,中国军事专家表示,这条消息可能将最近成功完成测试的固体冲压发动机误认为是超燃冲压发动机。

歼20飞行途中打开弹舱细节毕现

据澳大利亚新闻网报道,中国航天科技集团公司(CASC)宣布,经过一系列试飞之后,该集团成功开发了高超音速冲压喷气发动机。据称,这种革命性的引擎现已准备好与新一代空对空导弹配合使用。报道称导弹必须以超过6200公里/小时的速度飞行,才符合“高超音速”的要求。现有的防御系统都无法防御以这种速度飞行的导弹。

报道称,中国选择把重点放在固体燃料发动机上,是因为它们更稳定,不需要复杂而耗时的加注过程。这意味着这种武器将“随叫随到”,能够快速部署。冲压喷气发动机通过从大气中得到氧气燃烧,而不需要自身携带过多氧化剂,这就大大降低自身重量,或在同等重量下提高射程。而且吸收氧气的速度可以通过冲压喷气发动机的进气量进行控制。

文章称,美国国防高级研究计划局(DARPA)一项类似的冲压研究项目似乎在2015年的一次测试后停滞不前。现在的工作重点是一个新型的“小型先进能力导弹”,这种导弹在21世纪30年代前不可能出现。

据报道,中国自2000年以来一直致力于开发可靠的固体燃料冲压发动机。这种超高速引擎与现有导弹配合时,可能会使导弹射程增加到原来的3倍。现有射程100公里的武器可达320公里。中国新一代歼-20和歼-31隐形战机的武器舱中最多可以携带6枚这种导弹。文章称,冲压式导弹的超高速度和敏捷性也将对手机动性更强的战斗机置于风险之中。它理论上扩展了“不可逃避区”的范围,“敌方的战斗机根本没有反应时间,速度和机动性也不足以躲避来袭导弹”。

不过,接受《环球时报》记者采访的中国军事专家认为,外媒的报道可能混淆了固体冲压发动机和超燃冲压发动机。该专家认为,中国最近研制成功的应该是固体冲压发动机,而非超燃冲压发动机。前者的速度稍低一些,很难达到“高超音速”,技术难度也没有后者大。但即便是固体冲压发动机,也能大大延长空空导弹的射程,但同等尺寸的导弹恐怕还不能增加3倍射程。专家表示,目前世界上还没有问世可用于空空导弹的超燃冲压发动机。

超燃冲压发动机:高超音速世界的密匙

这是指燃料在超声速气流中进行燃烧的冲压喷气发动机,而目前所有航空发动机的燃料都是在亚声速气流中进行燃烧,也称为亚燃燃烧。

使用超声速燃烧能减少气流压缩和膨胀损失,降低气流温度和压力,减轻发动机结构负荷。

采用液氢或碳氢燃料,可在马赫数6-25的范围内工作,并可将飞行高度延伸到大气层边缘(50~60公里)。

与火箭发动机相比,这种发动机无需自带氧化剂,使有效载荷大大增加,可作为高超声速巡航导弹、高超声速飞机、跨大气层飞行器、可重复使用的空间发射器和单级入轨的空天飞机的动力装置。

超燃冲压发动机按燃烧形式分为扩散燃烧(燃料和氧化剂边混合边燃烧)和爆震燃烧(燃料和氧化剂预先混合后再燃烧);

冲压式发动机原理图

按流动方式分为内部燃烧和外部燃烧。

典型的型式有:亚燃/超燃双模态冲压发动机,亚燃/超燃双燃烧室冲压发动机,与飞行器机体一体化的超燃冲压发动机,组合式超燃冲压发动机等。

早在20世纪50年代,国外就投入大量人力物力开始进行超燃冲压发动机的研究。从90年代开始,超燃冲压发动机的研究重点转向高速巡航导弹用发动机。

目前,美国、法国、俄罗斯、加拿大、德国、印度、意大利等国都在发展马赫数4~8、采用碳氢燃料、射程1000km以上的巡航导弹用超燃冲压发动机。

俄罗斯超燃冲压发动机的发展世界领先。1991年,俄罗斯的亚燃/超燃双模态冲压发动机首次进行了飞行试验,迄今共完成5次飞行,飞行马赫数最高6.5。

美国由NASA主持,在1986~1994年间,开展X-30“国家空天飞机(NASP)”计划,进行了空天飞机的概念研究、方案设计及主要关键技术的机理研究、模型试验和数值模拟。

1995年~2002年,NASA在NASP计划的基础上,开展了X-43A“高超音速-X”计划,进行空天飞机的缩比模型、飞行试验和超燃发动机的飞行测试。前后共制造3架试验机,飞行器长约3.6米。

首次飞行于2001年6月进行,由B-52搭载起飞,利用改进的“飞马座”运载火箭加速至马赫数3,然后由X-43A的冲压发动机工作5~10秒,加速至马赫数7~10,飞行高度大于3万米。

图、X-43A

美国空军从1995年开始实施“高超声速技术计划(HyTech)”,目标是一次性使用或重复使用的高超声速军用飞行器。导弹飞行马赫数 4~8,射程1400km,发动机为采用液体碳氢燃料的双模态冲压发动机。

从2001年开始,美国国防高级研究计划局(DARPA)和海军联合开展了“高超声速飞行验证计划(HyFly)”,为期4年,目标是发展最高巡航马赫数6、射程1110km的巡航导弹,发动机为采用普通碳氢燃料的超燃冲压发动机。

目前正在进行不同飞行状态(马赫数6.5、3.5和4)的地面试验,2005年完成飞行试验。

法国从1985年开始液态碳氢燃料超燃冲压发动机的研究。

图、点火后的X-43A

1992年,法国政府制定了高超声速超燃冲压发动机研究计划——PREPHA计划,目的是通过地面试验,验证M4~8的超燃冲压发动机的性能,该发动机的发展目标是单级入轨的航天飞机。

为期6年的这项计划在相当于M6的速度下进行了多次试验。1999年,法国武器采购局决定延长PREPHA的研究工作,开始了为期5年的PROMETHEE研究计划,目的是探讨碳氢燃料亚燃/超燃双模态冲压发动机作为一种空射型导弹动力的可行性。

该计划将研究M1.8~8的可变几何亚燃/超燃双模态冲压发动机技术。目前,M7.5的试验已经结束,正在进行一个全尺寸模型的设计。

1995年,法国与俄罗斯开始联合研制M3~12的可重复使用发射器(RLV)和空间飞行器用双燃料(煤油、氢)、双模态超燃冲压发动机(WRR)。2000年,开始首次试验。

X-43A试验机于7马赫速度之下的计算流体力学(CFD)模拟图

澳大利亚昆士兰(Queensland)大学从1999年领导了一项国际合作的氢燃料超燃冲压发动机飞行试验计划——HyShot计划。2002年7月,HyShot计划的飞行试验成功实现了超声速燃烧,试验马赫数达到7.6。美国、澳大利亚、德国、韩国、英国和日本参与了该计划。

日本从1984年开始研究超燃冲压发动机技术,已建成可模拟飞行高度35km、飞行速度M8的高超声速自由射流试验台,进行了大量高马赫数的模拟试验。目前,日本制定了以超燃冲压发动机为动力的单级入轨空天飞机(SSO)计划,这是一种有人驾驶的可象普通飞机一样起飞和着陆的可载10人的民用飞机。

此外,德国和印度也在超燃冲压发动机技术方面进行了大量基础性研究。印度国防部正在实施的先进吸气式跨大气层飞行器(AVATAR)计划,该计划将采用涡扇/超燃冲压发动机组合动力。

超声速气流进入发动机被加速至高超音速的概念图

超燃冲压发动机的关键技术与技术难点主要有:

(1)燃料的喷射、掺混、点火和燃烧;

(2)燃烧室的设计和试验技术;

(3)发动机与机体(弹体)的一体化设计;

(4)耐高温材料和吸热燃料。

新发动机令歼20战力倍增?新一代导弹令敌机无法躲避

据多家外媒报道,中国新型“高超音速冲压发动机”将使空空导弹射程增加到原来的3倍!中国航天科技集团公司(CASC)宣布,经过一系列试飞之后,该集团成功开发了高超音速冲压喷气发动机。这种革命性的引擎现已准备好与新一代空对空导弹配合使用。报道称导弹必须以超过6200公里/小时的速度飞行,才符合“高超音速”的要求。现有的防御系统都无法防御以这种速度飞行的导弹。这种高超音速空空导弹射程可达320公里,歼-20可携带6枚。不过,中国军事专家表示,这条消息可能将最近成功完成测试的固体冲压发动机误认为是超燃冲压发动机。

报道称,中国选择把重点放在固体燃料发动机上,是因为它们更稳定,不需要复杂而耗时的加注过程。这意味着这种武器将“随叫随到”,能够快速部署。冲压喷气发动机通过从大气中得到氧气燃烧,而不需要自身携带过多氧化剂,这就大大降低自身重量,或在同等重量下提高射程。而且吸收氧气的速度可以通过冲压喷气发动机的进气量进行控制。

据报道,中国自2000年以来一直致力于开发可靠的固体燃料冲压发动机。这种超高速引擎与现有导弹配合时,可能会使导弹射程增加到原来的3倍。现有射程100公里的武器可达320公里。中国新一代歼-20和歼-31隐形战机的武器舱中最多可以携带6枚这种导弹。文章称,冲压式导弹的超高速度和敏捷性也将对手机动性更强的战斗机置于风险之中。它理论上扩展了“不可逃避区”的范围,“敌方的战斗机根本没有反应时间,速度和机动性也不足以躲避来袭导弹”。

不过,军事专家认为,外媒的报道可能混淆了固体冲压发动机和超燃冲压发动机。该专家认为,中国最近研制成功的应该是固体冲压发动机,而非超燃冲压发动机。前者的速度稍低一些,很难达到“高超音速”,技术难度也没有后者大。但即便是固体冲压发动机,也能大大延长空空导弹的射程,但同等尺寸的导弹恐怕还不能增加3倍射程。专家表示,目前世界上还没有问世可用于空空导弹的超燃冲压发动机。

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