下一代喷气发动机的推重比在30以上?

2023-03-21 23:35:33   

下一代战斗机要实现稠密大气层、稀薄大气层甚至是完全无空气的太空穿插飞行。这样对配套发动机的要求就极高了。目前能完全满足这一切要求的发动机似乎只有一种,那就是液体或者固体火箭发动机。对有人驾驶的飞机来说,固体火箭发动机更换比较繁琐,等于一次性使用就必须把整个发动机连同发动机的外壳也一起换掉;况且固体火箭发动机的工作时间比较短,即便是大直径固体火箭发动机的持续工作时间也很难超过600秒,也就是燃烧十分钟;而且工作时间必须连续,中间很难临时停顿。等于说固体火箭发动机一旦点燃进入喷气状态就很难再临时停下来。而未来的战斗机一次升空会持续飞行几个小时甚至几十个小时,这就导致固体火箭发动机基本无法满足要求。而液体火箭发动机;

可以较长时间不用更换发动机的热部件与燃料储罐本身,只需要像给现有的飞机每次起飞前加注燃料一样,同样也可以加入航空煤油当主燃料。至于火箭发动机的氧化剂则可以临时加注液氧。过程稍微比单纯给飞机加注燃料要麻烦一点,不过时间过程与加注效率也可以接受的了。液体火箭可以重复利用几十次甚至上百次。这个耐受度已经基本可以满足超级战斗机的出动需要。毕竟早期的战斗机军用涡扇,也是连续出动几十次就需要更换维修发动机。液体火箭的总工作时间相对比较长;如果采用先进的节流控制技术,那么可以实现在大气层上空喷气飞行一段后进入滑翔状态;高度降低后再重启发动机加速爬升一段。这样反复弹跳,等于在大气层的上层做水漂弹道飞行,可以飞的非常远,

甚至环绕地球飞一圈再落下来也问题不大。至于继续通过火箭加速直接入轨之后,那么就不再需要消耗燃料就可以围绕地球长期做轨道式飞行。由此可见,节流火箭发动机是所有入轨飞行物必须的终极推进模式。液体火箭发动机的推重比都比较高;如果不算储罐部分的重量,单纯看液体火箭发动机的热端燃烧做功的部分,那么推重比普遍在40以上;最高的可以达到55左右。也就是一台10吨级的液体火箭发动机的热端部分,可以产生400到550吨的巨大推力。这也是火箭能够不断加速直到第一宇宙速度最终入轨的根本所在。不过未来的超级战斗机,在地面刚刚起飞,以及在40公里以下相当稠密的大气层内飞行这一段,如果仍然单纯采用液体火箭动力,那么显然会极大的提前消耗燃料与氧化剂,


而且无法有效利用大气内本身存在的丰富氧气。在未来战机的起飞段,最好还是能先采用一种可吸氧的发动机助推。飞到40公里以上时再切换到纯液体火箭动力。目前可选择的是冲压吸气发动机与旋转爆震发动机。前一种最高能飞到5马赫,而后一种可加速到10马赫以上。旋转爆震发动机还有另外一个好处,那就是它的热端在极速下能够完全转换为火箭模式。因此等于同1台发动机可根据高度与速度的不同,临时切换工作状态,本身并不增加额外的重量。而其他的冲压等模式与火箭模式无法兼容,利用其中一种另外一种就不能工作成为纯死重。于是旋转爆震兼火箭发动机是未来战机最有希望的动力体系。从地面开机喷气滑跑到最终入轨,这种组合式发动机的全程平均推重比高达30以上!