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中国高超音速飞机落后美多少

发布时间:2019-10-19 16:31:05 来源:真钱牛牛-真钱牛牛游戏-下载牛牛游戏点击:274

  

  军事CG大师白玮根据卫星照片绘制的我国神秘高速飞机。

  最近一段时间,我国高技术领域喜报频传,新型长征6号火箭首次发射、歼20的2016号原型机首飞,更令人惊喜的是,还有一款前所未闻的高速飞机成功进行首飞。官方有关这款神秘高速飞机的描述只有寥寥数语,在受到高度关注后很快在网站上删除报道。

  这究竟是一款什么样的高速飞机?外界众说纷纭,媒体普遍称其为高超音速飞机,但也有专家说还称不上;也有人猜测该机只为研究高超音速飞行的相关技术,未必具备持续的高超音速飞行能力;甚至还有人猜测这款飞机是挂载在轰6上投放试验的……

  笔者认为以上的猜测都不太合理,不是过于乐观,就是过于悲观。

  首先可以肯定这至少是一款最大速度超过3倍音速的飞机。

  官方报道称,"该型飞机任务剖面特殊、飞行方式独特,飞行速度和高度更是远超试飞中心成立以来所有其他试飞机型"。国内飞行速度最高的飞机应该是仿制苏27的歼11战斗机,其最大飞行速度达到2.35倍音速。要做到"远超"歼11,那么新型神秘飞机的最大速度应该在3倍音速以上。

  

  歼11是我国之前飞行速度最快的飞机,其最大速度为2.35倍音速。

  第二,这应该是一款将会投入实用的高速飞机,而不仅仅是为了技术研制。

  官方报道中有这么一截话,"这是某型机转入试飞中心后的首次飞行"。这里的"试飞中心"应该是中航工业试飞中心,按照过去的观察,交由试飞中心试验的飞机均为实用型号,飞机在这里将把潜在性能全部发挥出来。

  另外官方报道中还这样描述,"伴随着飞机的滑跑,起飞,离地"……"一架深色飞机,从深邃的天空中大角度俯冲接近,潇洒地完成拉平,轻盈平飘至机场跑道"。也就是说这款神秘高速飞机具备自行起飞、降落的能力。如果仅为研究高超音速飞行的相关技术,没必要做到飞机能自行起降,做成用大型飞机投放、降落伞回收的会更节省经费。

  实际上,美国军方对高超音速飞行器的基本要求之一也是能够重复使用--即能够自行起降的,而不是由固体火箭助推或大型飞机投放的。国产神秘高速飞机想必也会受到中国军方的同样要求,谁也不会希望自己的飞机是一次性消耗品--那应该叫导弹了。

  第三,这很可能是一款无人飞机。

  官方报道中没提及试飞员,如果这是一款有人飞机,文中不可能不提及试飞员,因为在试飞员在有人飞机试飞中扮演非常重要的角色,所以这应该是一款无人机飞机。

  综上所述,根据官方报道,我们可以得出,这款神秘飞机是一款能够瞄准实用化的、最大飞行速度超过3倍音速的无人飞机。

  

  深邃高空是高超音速飞机的领地,图为美军SR-71侦察机飞行员所拍。

  什么样的飞机可算作高超音速飞机?

  那么,这款高速无人机是不是高超音速飞机?最大飞行速度能达到多少倍音速?

  所谓"高超音速",业界其实并无一致的标准,近年来一般说的是些最大飞行速度超过5倍音速的飞行器。例如,美国海军曾一度研制的"快鹰"巡航导弹,其设计最大速度为4倍音速,也常被视为高超音速武器。而我国航空业界在规划未来发展时,也常常将最大飞行速度超过3倍音速的视为高超音速飞行器。

  笔者认为,一款飞机究竟算常规超音速飞机,还是高超音速飞机?最妥当的还是看其采用的发动机。

  米格25是速度最快的常规超音速飞机,它采用涡轮喷气发动机,最大速度可达3.2倍音速。但实际使用时,它若长时间以3倍音速飞行,返航后发动机涡轮因温度过高烧蚀报废了,所以米格25的实际使用速度一般不超过3倍音速,这个已是涡喷发动机的极限。(现在新技术将这个极限推高至4倍音速,但尚未实用)

  

  米格25尽管最大速度能超过3倍音速,但3倍音速以上飞行对发动机损害非常大。

  要达到更高的速度,就必须采用冲压发动机。冲压发动机又分为两种,一种是亚燃冲压发动机,另一种是超燃冲压发动机。从字面上就可以理解,超燃冲压比亚燃冲压能适应更高的速度,两者区别下文再解析,我们先看冲压发动机的低速限制。

  冲压发动机必须在飞行速度在0.5倍音速以上才能启动,一架飞机如要做到既能高速飞行,又能自行起飞、降落,就必须将涡喷、冲压两种发动机组合起来。当然,如果是一次性使用的导弹,则可以用固体火箭发动机发动机作为助推,然后再启动冲压发动机。

  首先将涡喷、冲压两种工作方式组合起来的飞机是美国SR-71黑鸟侦察机。它所采用的J-58发动机是一种独特的涡喷发动机,它在第4级与第5级压气机之间设有6个排气活门。

  当飞行速度在3倍音速以下时,它的排气活门关闭,这时候的状态与普通涡喷发动机无异。空气经过压气机压缩后进入主燃烧室,与煤油混合后燃烧,膨胀的高温燃气向后喷出提供推力,让飞机保持亚音速飞行。若要进行超音速飞行,则在主燃烧室之后的加力燃烧室也喷射煤油,进一步利用燃气中的氧气,提供更大的推力,令飞机突破音速。

  当飞行速度达到3倍音速时,将排气活门打开,部分空气通过管道直接进入加力燃烧室,同时加力燃烧室加大煤油喷射量,产生更大推力,让飞机突破3倍音速。这时候J-58发动机的加力燃烧室实则变成了一台冲压发动机,而其主燃烧室的进气压力又可以保持在较低水平,不会烧蚀涡轮。

  这样,SR-71可以长时间保持3.2倍音速的巡航速度,短时冲刺速度甚至达到3.5倍音速。SR-71在美军服役时经常独自冲入别国领空执行任务,而未被击落一架,可见高空高速的优势。以色列飞行员甚至留下了这样的观察记录——一架SR-71进入以领空拍摄以色列核设施的照片,以军派出F-4战斗机拦截,并向SR-71发射了空空导弹。但令以军飞行员口瞪目呆的是,导弹飞出一段距离后,速度竟然不及SR-71,被抛在后面,距离越来越远。

  

  SR-71的J-58发动机,它右侧的3个旁通气流管道很显眼。

  

  SR-71侦察机入侵别国领空无数次,从来未被击落。

  不过J-58只算得上原始的组合发动机,它通过排气活门、旁边管道从压气机里引入空气流,这样对进入加力燃烧室的气流调节能力不足,估计其发动机冲压工作模式能够适配的速度就在3-3.5倍音速之间。

  要达到更高的速度,就要全新设计的涡轮基组合发动机(TBCC)。涡喷发动机与冲压发动机的组合形式,根据冲压发动机的位置,可分为串联式、并列式。无论那种形式,全新设计一般都为冲压发动机设置了独立进气道,而非J-58那种从压气机内引流、旁路进气的方式。可调的独立进气道使冲压发动机可以适应更宽的速度范围,由此将最大速度推高。

  说到这里,需要谈谈亚燃冲压发动机、与超燃冲压发动机,以及使用燃料不同,对最大速度的影响。一般理论认为,若采用碳氢燃料(即普通的航空煤油),亚燃冲压发动机的最大适应速度为5倍音速,超燃冲压发动机为8倍音速。如果采用氢燃料,超燃冲压发动机的最大适应速度可达到惊人的25倍音速。

  

  串联式涡轮冲压组合发动机比J-58先进之处在于它的冲压部分有单独进气道。

  目前人类制造的最高速飞机是美国的X-43A无人技术验证机,它采用超燃冲压发动机、升力体设计,在2004年11月16日创下最大速度9.8倍音速的记录,发动机持续工作10-12秒。

  不过氢燃料存储困难,存储密度低,现在还不适合用在飞机上。各国但凡以实际使用为出发点的高速导弹、飞机都以采用碳氢燃料为依归。

  例如美国洛马公司去年提出的SR-72高超音速侦察机项目,就仍为碳氢燃料飞机,它计划采用3种发动机组合--亚燃冲压发动机与超燃冲压发动机串联,然后与涡轮喷气发动机并列。SR-72可以用涡喷发动机飞至2.5倍音速左右,然后亚燃冲压发动机启动,加速至4.5倍音速,最后超燃冲压发动机启动,推进至6.5倍音速的极速。

  

  X-43A是速度最快的飞机,但它采用的氢燃料难以实用。

  

  美国洛马公司提出的SR-72方案,采用普通航空煤油,极速6.5倍音速。

  我国神秘高速飞机最大速度应接近5倍音速

  现在回过头来,我国的新型神秘高速飞机采用了什么发动机?同样是官方爆料,中国航空新闻网8月25日曾发布报道,提到"为某飞机配套的串联式涡轮冲压组合发动机"通过了设计评审。

  若不出意外,这应该就是新型高速飞机所采用的发动机,组合中的冲压发动机应该是亚燃冲压发动机。如前所述,新设计的串联式涡轮冲压组合发动机最大适应速度应该能达到5倍音速,高速能力比美军SR-71所用的J-58要强,那毕竟是近50年前的发动机了。不过,如果考虑实用性,常用的航空煤油燃料在4倍音速以上会出现比冲下降的情况,为了有足够的航程,我国这款高速飞机可能会将巡航速度限制在4倍音速,极限速度接近5倍音速。

  那会不会采用了超燃冲压发动机呢?笔者认为不太可能,超燃冲压发动机,特别是在采用普通航空煤油作为燃料时,技术难度极高。所谓超燃,意思是超音速燃烧,即燃烧室里的油气混合气流速度超过音速,这样要实现点火、持续工作,难度不亚于在12级台风中点燃一根火柴。

  即便是美国,其超燃冲压发动机研制也刚刚起步,现在是失败多于成功,最成功的一次实际飞行试验在2013年5月1日,当时超燃冲压发动机持续工作了210秒,飞行距离426公里。

  

  超燃冲压发动机点火难度之高,犹如在12级台风中点燃一根火柴。

  

  美国的超燃冲压发动机初步开始飞行试验。

  我国冲压发动机研究起步很晚,而且长期徘徊在较低水平,直到今年鹰击12超音速反舰导弹亮相,才可视为掌握了亚燃冲压发动机技术。短时间内上马研制实用型的超燃冲压发动机是不现实的。

  所以我国的神秘高速飞机,应该是一款最大飞行速度接近5倍音速的无人机。

  以上是有关发动机选用作出的分析,另外有军事爱好者发现,在2015年7月19日google earth的图像中,国内某机场的停机坪上出现一架形状奇特的飞机。该机长约10米,翼展约6米,体长翼短,这正是高超音速飞机的一种构型。有人进一步推测,我国神秘高速飞机,可能采用升力体设计,机体能产生升力,机翼则做得既短又薄以适应高速飞行。

  最后,我国高超音速飞机技术与美国相差有多大呢?

  高超音速飞机如果以SR-71侦察机为起点的话,SR-71首飞时间为1964年,我国高速飞机晚了足足50年。从技术储备来看,我国与美国差距也非常大,我国才掌握亚燃冲压发动机技术,美国已转向超燃冲压发动机,最大飞行速度可达6.5倍音速的SR-72也提上了计划日程。

  不过如前所述,美国对高超音速飞机的研究之前也有断档,SR-71所采用的J-85发动机为较为原始的组合发动机。第二步应该是将涡喷+亚燃冲压组合发动机实用化,但SR-71在1991年退役后,就没有后继者。美国现在准备研制的SR-72是跨越式发展,直接进入到第三步——涡喷+亚燃冲压+超燃冲压组合动力。

  这样之后很可能出现的情况是,我国4倍音速无人侦察机投入服役了,而美军SR-72项目还在技术困难过大、研制费用超支而苦苦挣扎,性能指标较低我国高超音速飞机反而成为了全球唯一。

  

  SR-72的动力非常复杂,由3种发动机组成。

  类似情况其实早已发生,美国海军陆战队曾投入巨资发展AAAV两栖突击车,这款战车最突出的性能是,水上行驶速度达到惊人的46公里/小时,与军舰的巡航速度相差无几。或许是研制要求过高,AAAV两栖突击车一直难产,最终在军费削减的大背景下不得不下马。而我国参考AAAV研制的05式两栖突击车,水上速度为35公里/小时左右,性能稍弱一些,但最终顺利完成研制,已全面装备我海军陆战队、以及两栖机械化师。

  4倍音速侦察机的价值在于,侦察卫星有重访时间限制,侦察机则可以随时出动,及时掌握敌方战略纵深的情况。例如,我第二炮兵部队进行首波打击后,4倍音速侦察机可以第一时间冲入敌方领空,评估打击效果,这样便于提高第二波打击效率,缩短两波打击间隙。

  尽管现役远程地空导弹许多都具备打击飞行高度3万米、最大速度4倍音速目标的能力,但这仅能对付飞行路线固定的导弹。以现役最强的美军标准6舰空导弹为例,它的最大速度为6倍音速。但当它飞行至3万米高、40公里以外后,速度已下降至4倍音速左右,这时它的火箭发动机已经燃尽,没有能量补充,4倍音速的侦察机只需改变一下航向就可以将标准6导弹甩开。(文/杜松涛)

  

  AAAV两栖突击车性能突出,但研制难度大、费用超支,美军被迫放弃。