20倍音速用什么发动机?中国飞行器或靠它甩开一切反导系统拦

2016-08-16 13:07:31   

到了新世纪后,随着人们越来越渴望太空并且面对越来越先进的反导系统实际迫切的需求,两个方面的综合因素的作用,高超音速飞行器再度热络起来。对于这种能够实现“90分钟打遍全球的任何目标“的新武器,材料已经不再是阻碍,可另一个关键问题出来了,使用什么发动机呢?当年美国X-15使用的是液体燃料火箭发动机,不仅仅安全系数低,并且不可能依靠自身动力飞上太空,需要借助在B-52机体下爬升到近1万米高度再点火爬升。其实这样一次实验的成本跟发射一枚小型火箭成本差不多了。成本上非常不划算,当然这期间有不少奇思妙想,比如美国J58发动机,采用了非常给力双涡轮发动机(不是涡轮冲压发动机组合)。就这样其燃料的消耗也是惊人的,而且也就能够推进SR-71这样的超级侦察机到3马赫左右速度,远不能达到高超音速5马赫的门槛。还有欧洲曾经研发过火箭和涡喷组合项目,大气层内用涡喷,大气层边缘用火箭,不过论证许久一直没有做出样机来。其实所有的黑科技都面临一个问题,在大气层边缘如何获得更多的氧气来让发动机更好的工作,火箭因为自带氧化剂所以没有这样苦恼。但是反观回来看,火箭由于有燃料箱,实际上推进效率并不高。因此,大家都不约而同把目光锁定到了超燃冲压发动机。

高超音速飞行难度太大,更不要说20马赫的极速了

“超燃冲压发动机”不过就是超声速燃烧冲压式发动机的简称。通常来说,现在大家常见的超然冲压发动机分为亚燃/超燃双模态冲压发动机和亚燃/超燃双燃烧室冲压发动机,这两种发动机主要通俗一点说就是必须用到到达一定速度后才能发挥作用,一般都要加速到1马赫以上,发动机才能工作。所以现在都是需要助推火箭发射,美国的X-51,中国的WU-14这类高超音速(类弹头)飞行器所使用的发动机就是这一类型的。所以现在的测试速度都在6马赫左右,而距离亚轨道20马赫的理论值差距较大,只能算高超音速入门。有没有可能直接用一款发动机直接把飞行器从地面推进到太空呢?全世界都想开发,不过论证方案的难度超乎一般的想象。

但是在2015年年初中国公布的一则新闻中,人们发现了中国正在一款新型发动机。“中国航空的最大集团下某发动机厂为某飞机配套的首次新研的串联式涡轮冲压组合发动机通过评审。”“串联式涡轮冲压组合发动机”?这是一个非常时髦的概念,把涡轮发动机和冲压发动机融合在一起。利用涡轮发动机在10公里一下空域进行飞行;随后开启冲压发动机开始亚燃工作模式,利用燃烧室入口经过涡轮发动机压缩亚音速气流进行推进,此时最高速度可以轻松超过6马赫;如果启动超燃模式,则可能突破10马赫到达16马赫左右,这距离20马赫的值已经非常接近了。不过由于技术难度大,跟之前发动机研发技术传承性不高,所以各大国基本上都处于同一发展高度来发展。

从2015年年末的《中国航空报》公布的疑似关于DF-ZF高超音速无人机的实验来看,这款无人机就应该是中国应对“串联式涡轮冲压组合发动机”这种新型高超音速飞行器用发动机进行验证使用的。长期以来,关于DF-ZF的认识比较模糊,因为中国有WU-14这种采用东风-21作为助推端的高超音速弹头,可是对于DF-ZF只知道是一种自主飞行高超音速飞行器,其他细节不是很清楚。结合“串联式涡轮冲压组合发动机”的报道来看,DF-ZF最大的可能是对它进行验证的。只有先期充分论证亚燃阶段飞行,才能更好的使用超燃模式。从目前《中国航空报》报道的中国自主高超音速飞行器实验成功达到6马赫速度消息,结合国外汇总的信息来看,中国的高超音速飞行器能否最终突破20马赫这个理论值,就需要看接下来DF-ZF高超音速无人机的实验成果了。

20马赫极速虽然难到达,但是能够突破现有任何反导,诱惑太大

至于为什么要到达20马赫速度?这就要说如果末端再入速度仅仅是6马赫左右,类似于中国“红旗-9”和美国的“爱国者-3”地对空导弹都有机会对它进行拦截,而且中段速度也不会高,非常适合“萨德”、“标准-III”进行拦截。不过如果飞行器的能够达到20马赫,那就已经足以超越任何反导系统的拦截能力,再加上中国独有的“钱学森弹道”,制造出超越现有全部反导系统拦截的再入打击飞行器并不算是个问题。

而且当你速度到达20马赫以后,你就可以实现美国一直希望拥有的“一小时打遍全球”的计划了。90分钟内运载无论是核弹头还是常规弹头到达全球任何一点。虽然理论上当你飞行速度如果达到了10马赫就基本上可以在90分钟内打遍全球有人抵达的位置了。不过由于美国越来越高的反导壁垒,所以,最为稳妥的还是突破到20马赫。这样就足以确保自己的打击优势,而敌人没有任何办法拦截你的弹头或者飞行器。

所以现在,中、美、俄都在致力于研究能够达到10马赫以上飞行器,美国人已经在测试磁悬浮火箭,希望借助磁悬浮技术开发出来达到末端速度20马赫的新型导弹。而中、俄现在都是在6到10马赫之间努力,主要通过优化气动和运载工具,使得弹头达到高超音速飞行目的,俄罗斯的YU-71高超音速弹头就是这类,中国的WU-14也是。不过中国现在正在研发DF-ZF高超音速无人飞行器有可能另辟蹊径,不仅仅突破20马赫这一理论数值,或许还能突破载人空天飞行这一长久目标。就此来看,现在中国科学家们正在全力以赴研制的这款装备具备里程碑意义。一旦研制出来,中国的各种运载飞行器不仅仅可以甩开一切反导的拦截,还能把人类飞入太空的梦想再提升一个等级。