中国高超音速飞机大爆发

晨枫

中国高超音速飞行和动力世界领先，但到底怎么个领先法，外界不甚了了。公开信息里，东风-17是一个例子，这是助推-滑翔技术的范例，采用先进的乘波体技术。但助推-滑翔已经是“陈旧技术”了，连美国都搞明白了，日前号称发射成功LRHW有望成为美国第一种实战级高超音速导弹，尽管这用的还是古旧的双锥体，还不是乘波体。
/ B4 ^6 D; @, F
近日中国接连公布先进的高超音速飞机和动力：

- 中科院力学所钱学森青年突击队的“鸣镝”系列“临近空间宽域飞行器”，最高速度可达M7
% @) p6 P/ e7 O- 凌空天行的“筋斗云”M4高速冲压发动机
1 F9 ]8 z# t0 D- 清华的冲压转子爆震发动机

' K, [7 z9 \9 c9 S; v) n“鸣镝”已经到MD22了，湖南卫视里还揭示了较早的MD19和MD2x（后一位数字被遮挡了）。MD-22长10.8米，翼展4.5米，最大起飞重量4吨，是可重复使用的高超音速技术试验平台，用于天地往返空天飞机的技术验证。MD-22可以兼容不同动力，适用马赫数0-7，可以使用自主起飞或火箭助推发射模式，最大航程8000公里，还具备中高速条件下实施6G稳盘过载强机动飞行的能力。
; {, L5 c& V8 i( W
寥寥数语，信息量很大。

1、可重复使用，这就不是导弹或者一次性使用的了。必须说，这是世界最先进水平，美国到目前为止，才勉强搞成了一次性使用的导弹。
2、高超音速实验平台意味着这只是平台，搭载什么载荷就“看心情”了。会搭载什么载荷呢？很多人马上想到导弹、炸弹，实际上最先搭载的可能还是雷达和光电侦察设备。这东西比无侦-8好使多了，全程动力飞行，航程远，机动性好。
3、可兼容不同动力。这也是奥妙的地方：报道始终没有说清楚用的是什么动力。早些年热门的超燃冲压现在不大提了，但多种爆震发动机已经在试验中。此处可以发挥想象力。
4、适用于M0-7，也就是说，可以自主起飞，这是高超音速飞行器里头一份。这是人更加好奇，到底是什么动力。只有爆震发动机有可能做到自主起飞到高超音速通吃。
( X( e1 Q- i, ~! ~, A3 t# l5、可以自主起飞，也就是说，跑道起飞，这个稀奇，高超飞行器里头一份；或者用火箭助推发射，这个就不稀奇了。
6 [9 y. Q; h# s+ d: ~" Y3 X6、航程8000公里。这很可观了，但还是现在的水平。最终能达到多少？开动想象力吧。
7、6g稳盘机动。这个就是大牛了。相信没有任何其他高超飞行器做得到。这也对潜在对手的导弹拦截提出很大的挑战，在那样的速度下，高g机动是不可思议地难，要保证不解体就不容易。
" J" J+ z6 h* h8 T% ~
$ B) R+ f# p' _, a( j0 E“鸣镝”系列明显已经飞起来了。可以从大型飞机上投放后自主飞行，当然也可以用火箭打上去。从气动外形来看，是带有边条的大三角翼。特别高速的飞机使用延伸到机头的边条，是从SR-71时代就开始的做法。随着速度的提高，气流在上翼面加速的时间延长，气流速度最高发生在较后的位置，升力中心向后移动，形成“压头”力矩。边条形成自然的补偿力矩，速度越高，边条升力越大，自然平衡。
2 c, d: p* i5 E5 W7 L2 j
看不出来的是进气看设计，视频有意掩盖了这一关键技术细节。当然，用火箭动力的话，就不需要进气口，但那也就无所谓“兼容不同动力”了。

' F2 V( F% n. y9 i; A* q现在这还是较小的技术验证机。作为比照，无侦-8机长11.5米，高2.2米，机宽6.7米，超音速飞行状态下速度可以达到6马赫，最大飞行高度达50000米。显然，MD-22的尺度接近无侦-8了，技术成熟后，首先替换的可能就是无侦-8。从火箭助推、滑翔的无侦-8，到MD-22为基础的无侦-xx，中国的战略侦察能力将更上一层楼。
/ R' k' f! k5 G3 V1 n2 y, c
- c2 Z  I# d, G卫星侦察不能替代航空侦察。如果低轨道卫星能看清汽车牌照，高度只有1/4的高超音速侦察机能看清什么，就只有开动想象力了。肯定不只是能看清航母，说不定能做到VVIP的人脸识别？然后呢？

当然，“鸣镝”的目标是空天宽域，也就是说，有可能一级入轨，然后水平着陆。这是要完成航天飞机未竟的事业啊。当然，那是遥远的目标，无侦-xx要近的多，也现实得多。
& t5 E2 l2 W8 j$ o* V
有意思的是，“鸣镝”系列对发动机秘而不宣，另外两个团队都是关于发动机的。
8 V) {; a, M1 p( `
( a. w* Y4 d7 |  D: A6 m凌空天行的“筋斗云”M4高速冲压发动机推力超过400公斤，在20公里以上高空实现了4倍音速飞行（约5000公里/时），采用爆震燃烧技术，引入模块化设计，结构紧凑、功能独立、维护便捷，在临近空间高速飞行领域拥有巨大的商业应用潜力。当然，也有巨大的军用潜力。

4 P; {: g8 W( I2 f* O+ {) }% g1 ?& N有意思的是，“筋斗云”并不追求极端性能，而是从低成本出发，在制造选材上特地向大众供应链倾斜。如发动机外壳所用钢材，属于在消费市场随时能够买到的品类。更高级的材料可以达到更高的性能，也肯定可以超过M4，但不符合低成本原则。这样的工程化考虑已经很接近实用级了，比纯探索性的试验更接地气。
+ q9 ~$ a5 T  P! t, h
爆震与传统发动机完全不同。传统发动机是等压燃烧，首先只能在音速以下进行，其次热效率受到“一头进、一头出”的限制，亚音速燃烧也意味着进气必须减速到音速以下，排气需要通过收敛-扩散喷管才能加速到超音速。这样的减速-加速过程不可避免地要造成热效率和推力损失，也是涡轮类喷气发动机的理论速度极限也就是M3左右，速度再高的话，减速-加速造成的阻力抵消任何推力增加，速度再也加不上去了。
7 R: U  M: C- u
8 ?) e* i; l2 p/ N, h$ ]. D" I% v爆震是等容燃烧，好比“憋在容器内”的爆炸。燃烧和做功的效率高得多，热工极限也高得多。可以想象，爆炸造成的推进力的速度极限要高得多，所以爆震发动机可以实现零到M4以上的飞行速度。

; ~6 `/ D& U, j" k  Z- F4 m超燃冲压可以看成用冲压制造进气端的“密封”，用连续爆震产生推力。技术难度非常高，点火和稳定工作条件非常苛刻，没有更多技术细节披露，不知道“筋斗云”的冲压爆震是否超燃冲压，还是“纯血爆震”。不管怎么说，把速度降低到M4不是技术不给力，而是要抢先落地。这是很值得赞许的技术思路。中国人工智能也是一样，不追求绝对的技术前沿，但要抢先落地，形成实实在在的应用，在实用中形成有益反馈，滚动发展，不断前进。

& l/ f2 z7 S5 h% b清华团队也是将冲压和爆震相结合，但这是旋转爆震。

! Z+ t: z) F& J( L爆震发动机有三个技术路线：

1、脉冲爆震，效率最高，但只能产生不连续推力。
2、斜爆震，速度最高，可以达到M10以上，甚至M20，但启动速度非常高，点火条件异常苛刻。
3、旋转爆震，原理精巧，产生连续推力，但也最复杂。
! N' |7 a% [7 q/ g
清华团度将冲压和旋转爆震结合起来，但很诡异地还有一个带叶道的转子。

冲压和爆震都没有可动部件，不需要旋转的转子。但旋转的转子可提供螺线一样的通道，这相当于脉冲爆震的燃烧室。冲压部分还是用正激波在进气端提供闭锁，排气端应该只有旋转到开口时才开放，此前都在密闭的燃烧室内等容燃烧。也就是说，像加特林机枪一样，叶道转动到对准排气口的时候才形成推力。
. I. @' ?' d( ~! k3 N8 P" J. r
这样避免了常规旋转爆震总压增益较低的问题，也避免了脉冲爆震断续推力的问题。

" S& b, b7 N5 {- p' D( u; G这些技术路线百花齐放，不好说哪条路才是最好的，都走通更好，有技术储备总是好的。
, M" d# w2 U1 S2 H. X( T4 o% r, c
重要的是，中国在高超音速方面不满足于遥遥领先，而是要比遥遥他爷爷还要领先。不是要美国吃灰，是要美国连灰都看不见。
/ m/ c- j/ |; u  S
4 H% W' X# V+ L4 S5 X- S6 K; U用芯片做比照的话，美国高超音速大概好算28nm，中国已经在3nm了，而其他国家连90nm都还望尘莫及。

+ q1 D6 j* {# }5 D5 c  `最可贵的是，中国这是产学研三条路并举。力学所是相当于NASA的“研”，清华当然是“学”，凌云天行则是“产”。
% m  _$ J5 i/ f0 L' A! K# G& ~* y
/ g3 p$ e) L3 f: j: i3 I1 _! c9 k“学”的重点在于拓展理论前沿，并培养人才；“研”的重点在于技术验证，打通产业化的路径；“产”的重点在于产品化、实用化，形成战斗力，形成生产力，形成正反馈。

三条路并举不仅说明中国高超音速方面人才济济，也说明行业发展有序、可持续。这是新质科技发展的最好状态了。
+ d6 m: r% y4 N' s* K) V9 Q
3 C, i* E0 N) c5 X中国高超音速飞机的大爆发还刚开始呢。

xiejin77

小小寰球，有几个苍蝇碰壁。嗡嗡叫，几声凄厉，几声抽泣。蚂蚁缘槐夸大国，蚍蜉撼树谈何易。正西风落叶下长安，飞鸣镝。
多少事，从来急；天地转，光阴迫。一万年太久，只争朝夕。四海翻腾云水怒，五洲震荡风雷激。要扫除一切害人虫，全无敌。

这名字让我想起了教员的词，是啊，正西风落叶下长安，飞鸣镝！

黄序

黄序

晨枫

黄序 发表于 2024-12-20 06:58

多谢好图。这是今年珠海？我怎么错过了？或许是在斗门无人机展区？那里没有过去，时间来不及了，也好远。

. p4 E/ Y8 G( P/ d6 q这里能看到一点进气口，还看不出太大的名堂，要是能角度再低一点就好了。

黄序

晨枫 发表于 2024-12-20 11:08
多谢好图。这是今年珠海？我怎么错过了？或许是在斗门无人机展区？那里没有过去，时间来不及了，也好远。 ...

转的图，不知道是哪个展。

hugo_song

晨大看这个帖子,  多几张照片： https://k.sina.cn/article_637938 ... 0vbeo.html?from=mil

) t9 j! t, v' U, B

晨枫

hugo_song 发表于 2024-12-20 23:05
5 A+ y- j& B& o& ^$ q/ P晨大看这个帖子,  多几张照片： https://k.sina.cn/article_6379388705_17c3dbf2100100vbeo.html?from=mil
; U' X: S! E4 n; N  ?- b% c ...

4 C, t4 ^- {' ~$ a  F这张图好！多谢！