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被英民眾嘲笑抄襲美軍SR-71! 中國高音速飛機計劃:筋鬥發動機突破

2024-12-24軍情
12月17日,中國高科技商業航天企業「淩空天行」的「筋鬥400」成功試飛,在20千米的高空達到了4馬赫速度,訊息瞬間引爆網絡,全球媒體跟進報道,幾天後的12月20日,英媒【每日郵報】深度報道這個新聞,憑良心說,英媒的報道還算客觀,但英國讀者那種高高在上的姿態卻讓人非常不舒服!

在他們的印象中英美才最先進的國家,英國造過超音速協和客機, 美國 曾生產過3倍音速的 偵察機 ;中國則還停留在過去那種落後的時代,完全不能接受中國造出比英美還先進的飛行器!所以有英國民眾直接汙蔑「淩空天行」的高音速飛機抄襲了美國的 SR-71 ,證據竟然是兩者外觀一模一樣!

「筋鬥」發動機與「雲行」飛行器

「淩空天行」是一家成立於2017年6月7日的高科技商業航天企業,專註於高超音速飛行技術與套用服務,日前推出了「雲行」系列超音速飛機驗證機,突破了超音速飛機的氣動、防熱、控制等關鍵技術。「淩空天行」的「雲行」系列超音速飛機最為突出技術是「筋鬥」發動機和飛行器的高升阻比乘波體氣動布局!

「筋鬥」發動機將為2027年首飛的、4馬赫+的「雲行」系列 超音速客機 提供動力,這種發動機的推進方式比較特別,不同於常規的渦噴以及 渦扇發動機 ,而是一種全新體制的沖壓-爆震燃燒發動機,這種發動機的加持下,使得客機飛行速度將超過4馬赫速度飛行!

這個速度差不多就是1.2千米/秒,時速超過4200千米,從中國的最東端到最西端一小時抵達,估計大家對這個沒啥概念,這樣說吧,從倫敦到 紐約 跨越大西洋也就1小時多點,這速度是不是很牛逼?而完成這種級別的最關鍵技術就是這種發動機與特殊的氣動布局。

沖壓-爆震發動機:究竟是種什麽樣發動機?

其實這種發動機是兩種體制的結合體,一種是 沖壓發動機 ,另一種是爆震發動機,使用了軸對稱沖壓發動機的超音速進氣錐和進氣道,後面燃燒室位置的是爆震發動機,熟悉沖壓與爆震發動機的朋友立馬就能腦補出這種發動機的結構。

畫面正中是飛行器,右側是發動機

這種模式結合了兩種發動機的優點,沖壓發動機的進氣道在低於音速時沒有什麽價值,只有在高於音速的 激波 產生時才具有壓縮作用,因為沖壓發動機就是透過多道反射激波壓縮氣體的,在高音速條件下效率極高。

爆震發動機是不同於穩定燃燒噴射式發動機的一種特殊工作模式,利用的是燃料和 氧化劑 混合後爆炸後擴散的沖擊波達到推進的目的,爆炸波傳播速度是音速的5倍以上,燃料利用率很高,推進效率也極高,目前難點是爆震頻率與穩定爆震技術。

爆震發動機有三類,脈沖爆震,旋轉爆震和斜爆震,能和沖壓進氣道結合起來的、並且速度在4馬赫的發動機只能是多管脈沖爆震與旋轉爆震,因為斜爆震一般用在7馬赫+以上的場合,而且難度極大,相信「淩空天行」不會選擇這種超高難度的發動機。

爆震發動機的難點在於爆震頻率和穩定性,多管和旋轉爆震能解決頻率問題,就「筋鬥400」公布的外觀來看,旋轉爆震的可能性比較大,這種發動機的主要結構是一個環形爆震腔,利用特殊狹縫引射結構能在爆震時保持自吸氣,也就是說旋轉爆震發動機能零速度啟動並加速,而環形爆震腔能保證爆震頻率足夠高!

爆震發動機在速度提高後吸氣效率反而會下降,因為沒有合格合適的進氣道,氣流來流沒有預壓縮,而爆震發動機的狹縫進氣本來就會造成效率比較低,沖壓進氣道解決了進氣壓縮的問題,配合沖壓發動機的活動進氣錐調節,同時還有助於保證穩定燃燒,所以兩種模式的結合相當完美。

高升阻比乘波體:到底算哪種氣動布局

這個乘波體值得了解下,一般的超音速飛行器都非常害怕激波,因為激波是一種高能 壓縮波 ,超音速飛行器在高速飛行時會產生一個激波錐,超音速飛行器的後掠翼就是推遲激波的產生,同時飛行器的氣動翼面還要躲避這個激波錐!

然而乘波體卻不是,這種啟動布局會利用機身上下不對稱的結構,上表面躲在激波錐後,而下表面卻突出成一個流線型的凸肚結構,利用的就是激波在機腹下反射,對迎面而來的氣流進行壓縮,造成下表面壓力陡增,上下壓力差就是機體 升力 的來源。

這種氣動布局在亞音速時效果不明顯,但在超音速時在激波壓縮產生的高壓區的加持下,升力會大振幅提高,看起來就像是馭波而行,乘波體的原理也得益於此。「雲行」系列超音速客機的氣動布局與發動機工作模式無疑都是超前的,畢竟到目前為止,還沒有軍用載人飛行器與商業飛行器使用這兩種技術飛行。

中國真抄襲了美軍的SR-71?

英媒【每日郵報】的官方報道挺正面的,介紹了中國的「雲行」系列超音速客機以及「筋鬥400」發動機,同時還列舉了英國也曾在超音速客機上有過輝煌的過去,「協和」超音速客機一直都是英國和法國的驕傲,但現在已經全部退役,英媒稱除了可惜還是可惜!

然而英國民眾對於【每日郵報】的正面報道並不買賬,反而因為「雲行」系列超音速客機的氣動外形展開了評論,直接對這種飛行器下了個定義,抄襲了美國在1960年代的SR-71高空偵察機!下面放兩張圖,各位看看有沒有相似之處:

上圖是「雲行」系列超音速客機的CG圖,下面是SR-71的飛行圖:

在圍觀群眾的角度去看,兩者相似度非常高,甚至有人表示這就是SR-71的翻版,然而事實上種花家要說明一下的是,「雲行」系列超音速客機是客機,其尺寸絕對不是SR-71可以比的,一般其尺寸至少也得是2倍,應該和 協和超音速客機 尺寸差不多。

「雲行」系列超音速客機和SR-71最大的區別有兩個,一個是氣動布局,另一個是發動機;首先來說明下氣動布局,這個乘波體布局與常規布局最大的不同是機腹部份,常規飛行器的機腹要求是平坦以減少阻力,而機體背部則因為有乘員艙室,所以會有凸起,典型的橫截面就如SR-71的這種類別:

但是乘波體恰恰相反,因為要使用激波壓縮來流,機腹必須有凸起,這樣才能有效產生並反射激波成一定的角度,而機體背部則由於不能產生激波壓縮來流效應而變得比較平坦,簡單的說就是和SR-71的機體橫截面是倒過來的,下圖就能看出部份端倪:

從上圖頭部CG效果圖和西面的尾部圖片,可以很清楚的看到上表面平坦而下表面凸起很多,這猴子那個就是乘波體的典型氣動橫截面,各位別看長得有點相似就以為是一模一樣,SR-71代表的是1960年代的頂尖空氣動力學成就,而「雲行」系列超音速客機則是頂尖的「乘波體」氣動布局,兩者完全就不在同一個級別上。

另一個最大的不同是發動機,SR-71的發動機是J-58,這是一種渦噴發動機+引氣結構的早期變迴圈發動機,其原理是從壓氣級的的第四級引出氣流,透過6條管道直接送加力燃燒室,這個能讓J-58一直開著加力模式,一般發動機使用加力模式最多也撐不過10分鐘。這個動力模式讓SR-71保持了3.32馬赫、使用常規噴射式發動機的速度記錄。

但是結果也非常明顯,SR-71的機長32.74米,機高5.64 米,空機重量30.6噸,全機重量高達77多噸,一般多都是燃油,但是航程卻只有5400千米,原因就是加力燃燒模式太耗油了。不過「雲行」系列超音速客機的發動機非常節油,因為在爆震模式下的空燃比可以很低。

從這兩個角度來看,SR-71與「雲行」系列超音速客機根本就不是同一個級別的產物,而是兩個時代中空氣動力學以及發動機技術的集大成者,所以在沒了解技術原理前,千萬別輕易下結論,也沒必要用一句話概括吸引眼球,這正的評價者會去了解背後的技術,這才是有各位有誌青年的逼格。

中國高超音速飛行器技術突破:有井噴之勢

不知道各位有沒有發現,中國近期高超音速技術突破有點多了,近期第一個報道的HCW,高壓捕獲翼構型,適合高超音速下的提高升力的技術,這是氣動布局;還有是清航空天的沖壓旋轉爆震發動機,這是動力系統,另外還有MD-19和MD-25高超音速飛行器,這是動力+氣動布局。

再有就是「雲行」系列超音速客機,很多網友都認為,其搭載的發動機技術驗證「筋鬥400」發動機最高速度只有4馬赫,根本就不是什麽高超音速飛行器,其實各位註意了,沖壓+爆震發動機的速度並沒有限制在4馬赫內,而是可以達到7馬赫以上,就看進氣錐以及進氣道的設計了。

量變最終將會帶來質變,中國在高超音速技術上的厚積必將迎來薄發,如果各位還有記憶的話,中國還有騰雲二級入軌空天飛機的計劃,還有雲龍動力單機入軌的 空天飛機 ,隨便哪個成功都是劃時代的,中國全線氣動,這個大手筆就算美國也無法全面跟進,跟不要說早就成為三流國家的英國了,所以英國民眾也該認清現實了,他們一直都不願意承認而已!

延伸閱讀:英國的希望「Reaction Engines」已經破產

11月10日,據SpaceNews報道,英國的Reaction Engines Ltd.已申請破產,這家公司幾十年來一直致力於高超音速發動機以及空天飛機的研制,但最終還是未能成功,已經於10月31日申請破產,200多名員工已經就地遣散!

了解的高超音速技術的網友一定對「Reaction Engines」(反應引擎公司)非常熟悉,因為這家公司是目前單級入軌的空天飛機中最合適的「預冷室組合迴圈火箭發動機」的SABRE 引擎的老東家,中國的「雲龍」動力的主要結構與SABRE發動機大致一致,不過兩者的技術路線目前差異有點大了。

這家公司近些年來在SABRE發動機上進展還不錯,其推出的「Skylon」( 雲霄塔 )空天飛機知名度很高,盡管一直停留在CG圖上,但由於各路媒體的宣傳,提到「預冷室組合迴圈火箭發動機」,那麽必將會參照SABRE 引擎技術。

但是近些年來「預冷室組合迴圈火箭發動機」的SABRE引擎在技術路線上走入了死胡同,據SpaceNews報道,該公司最近一次融資時2016年, 歐洲航天局 投資了1100萬美元,此前美國和英國多家企業對其註入資金,比如BAE Systems 和 Rolls-Royce 在內的大型航空航天公司。但該公司但從2016年之後再沒獲得有效投資,並且這些公司都沒有再註資!

這意味著什麽?表示至少Reaction Engines得技術難以獲得突破,因為投資反應引擎公司的大佬都是航空航天方面的頂尖公司,技術人員都是人精,他們不看好的技術,不是難度太大就是技術路線已經走不下去了。

中國的航天科工委主導的雲龍動力進展還不錯,2022年時種花家曾有一篇詳細介紹該發動機的文章,結果參照了該單位的內部PPT,結果被下架了,不過不涉及泄密,只是內部資料適合直接公開,各位別罵我,畢竟我也是圍觀群眾,有人發出了PPT,恰巧種花家看到了而已。