一小時打遍全球！西工大“飛天一號”成功試射，超級強國的利器_風聞
科大二助-2022-07-06 14:30
作者 | 科羅廖夫
來源 | 科大烽火
目前，全世界只有三個國家在高超音速飛行器和高超飛行動力領域取得了卓有成效的研發成績，那就是中國、美國和俄羅斯。預計在10至15年內，其他國家都只能看着中美俄的高超聲速飛行器流口水。
在7月4日，西北工業大學牽頭研發的“飛天一號”火箭衝壓組合動力在西北某靶場成功發射，全球首次驗證了煤油燃料的火箭衝壓組合循環發動機，實現了火箭/亞燃、超燃、火箭/超燃的多模態自由調節能力。
此次發射實驗還突破了熱力喉道調節、超寬包線的高效燃燒組織等關鍵技術。超燃衝壓的成功啓動，飛行試驗獲得圓滿成功，這是人類第一次實現從亞燃到超燃衝壓的全模式銜接！
這可是個好東西，標誌着中國在吸氣式超燃衝壓火箭組合循環發動機的高超音速飛行器領域也處於世界頂尖水平了。
目前現役的超音速武器使用的衝壓發動機，都是使用傳統的亞音速燃燒室，進氣道和燃燒室內的空氣流速為亞音速，導彈速度最多在4馬赫以下，再往上提速時就遇到了問題。當飛行速度越來越快時，進氣道吸入的空氣也就變成了超音速，超音速空氣直接進入燃燒室和燃料混合燃燒，相當於在12級大風中點燃一顆火柴，並且還要求穩定燃燒，這在技術上非常難，而實現了這一技術的發動機就是超燃衝壓發動機。
西工大“飛天一號”這次成功地銜接超燃衝壓階段的經驗，可以給“騰雲”空天飛機工程的一級空天飛機提供動力。騰雲一級的0-4馬赫發動機在2018已通過驗證。預計“騰雲”在2030年首飛，初期超然衝壓發動機的最大速度應該7馬赫左右。
看西工大“飛天一號”火箭衝壓組合動力系統，頭部是一個採用乘波體的下顎進氣道的飛行體，後面是火箭發動機。與已經服役的單純採用火箭發動機的東風-17高超音速導彈不一樣。
“飛天一號”的頭部與俄羅斯的“鋯石”高超音速導彈有點相似，但“鋯石”導彈是單純的使用衝壓發動機，並沒有大氣層外飛行的能力。而“飛天一號”是組合循環發動機，擁有一個很強大的衝壓火箭組合發動機。
高超聲速飛行器指的是飛行速度大於5馬赫，在大氣層內和跨大氣層飛行的飛行器。中國在高超音速飛行器領域起步較晚，但進步神速，擁有一個規模和研製進度都不亞於美國的龐大高超聲速武器發展計劃。
查看我們國家的《中長期科技規劃（2006~2020年）》可知，中國的高超聲速技術的發展將分為三個階段：
首先是在2020年前研製出兩種高速武器。
第一種是高超聲速滑翔戰鬥部，速度超過10馬赫，射程數千甚至上萬公里，由彈道導彈發射，以跳躍-滑翔彈道在大氣層邊緣飛行。這種武器的代表型號就是東風-17/27，已經服役了。
第二種是可在大氣層內飛行的使用衝壓發動機的高超聲速巡航導彈，最大速度超過6馬赫，射程1000~2000公里，可由多平台裝載。
中國在2015年曾完成軸對稱超燃衝壓發動機飛行試驗，試驗飛行器最大飛行速度達到馬赫數7，最大飛行高度達到3萬米。2015年的國防科技技術進步特等獎，被授予中國航天科工三院的國家某“重大專項試驗飛行器”工程。這個試驗飛行器採用非軸對稱的乘波體構型，屬於“原始性創新”，沒有參照物，世界獨一無二。
在2020年，我國還將超燃衝壓發動機的工作時間延長到600秒，打破了美國210秒的世界紀錄。
中國還計劃在2020~2030年間，研製出組合循環式發動機的高超聲速飛機（第6代機？），巡航速度要超過5馬赫，航程1萬公里以上，可實現1小時全球到達。
接下來就是計劃到本世紀中葉，研製出可重複使用的空天飛機，跨大氣層飛行，高空速度可達12~25馬赫，能直接進入地球軌道，完成任務後再入大氣層滑翔、水平降落。
為了實現上述計劃，中國做了很多基礎性的研究，例如西北工業大學2011年到2015年開展的臨近空間高動態飛行器研究項目，目標就是美國X-43A，為我國未來十五到二十年高超聲速巡航導彈項目提供技術支持。西工大等一大批中國科研機構在氣動研究，高超聲速飛行器總體設計，超燃衝壓發動機，地面模擬試驗、超聲速流動燃燒機理等方面研究取得了重大進展。
西工大“飛天一號”的動力系統，就是給上述的高超音速飛機和重複使用空天飛機準備的。準確地説應該叫“火箭基組合循環”（RBCC）推進系統，整合了火箭發動機、亞燃衝壓發動機和超燃衝壓發動機，一共有四個工作模態：引射模態、亞燃衝壓模態、超燃衝壓模態和純火箭模態。
在馬赫數達到7時，發動機由亞燃衝壓轉變到超燃衝壓，當飛行馬赫數超過12時，進氣道關閉，推進系統轉入純火箭模態。這種組合循環發動機很適合作為返回式空天飛行器的動力系統。
超燃的火箭衝壓組合循環發動機特比適合高超音速飛行器在武器領域的應用，適合配備給空天飛機進行遠程快速打擊。例如美國的全球快速打擊計劃，可在1小時內打遍全球任何一個角落。
中國目前有多個高超音速飛行器計劃，包括遠程彈道導彈助推的跨大氣層高超音速滑翔飛行的全球打擊武器，使用了混合渦輪衝壓發動機動力的有人/無人駕駛高超音速飛機，使用了超燃衝壓發動機動力的高超音速巡航導彈，使用了火箭衝壓組合循環發動機的可重複使用空天飛機。這些技術都緊追美國，與美國正在發展的各項高超聲速研究項目一一對應。
這説明中國正在以追趕並超越美國的最尖端航空技術為目標，並且取得了喜人的成功。以高超音速飛行器為代表的尖端武器技術，是中國在一百年內保持世界超強地位的有力保障。