中国高超音速飞机大爆发

晨枫

/ `) e* g! ?* t: o+ {
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。
3 G% D% M8 q' _3 i1 K: T, N
近日中国接连公布先进的高超音速飞机和动力：
6 I2 y) t' ^0 o. l( D
- 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
( z% u: i" R: z: a0 ~5 \- 凌空天行的“筋斗云”M4高速冲压发动机
- 清华的冲压转子爆震发动机

/ P3 A2 Q3 D3 o2 H. q8 e“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。

寥寥数语，信息量很大。
3 T& W8 E, U) ~/ G
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。
; g5 x. M% Z# b4、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。
! [1 f9 l, I' k# E/ @  ]5、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。
8 E& s5 \3 F+ W6、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。

6 Z1 K$ U5 t7 x" k“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。

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。

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。

3 [" \4 {# X4 s; s3 j8 M3 A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？
% Z. d( w. K4 K
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。

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。

) ]- c& g* d1 @+ R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。
& }) R1 A( Z1 H/ P8 T, U
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。
( A! @& N' m! N" F; _$ ~
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。
# Z" ~+ d1 f% {% n2 N
' l! ]2 E! S8 g% o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。
9 [7 A8 q+ \+ m% }. m# @" Y
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。

清华团队也是将冲压和爆震相结合，但这是旋转爆震。
: p0 W5 r- D3 N8 P% X
% s/ B7 ~$ F' m' i6 U爆震发动机有三个技术路线：
) J) |/ h0 N' T$ e' b
7 d  b2 [- D9 q& Y1 k8 W4 L1、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。
2 c# }$ A8 K' g7 {3、旋转爆震，原理精巧，产生连续推力，但也最复杂。

& k4 s2 j5 l% A; {( l' r5 y3 t$ W: b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。
" g6 P$ q- ^# \/ q
9 y. T; W7 Z# S1 k$ F- f9 K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。

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。
' f0 V; u$ }* q" U0 d7 Q0 w3 F
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。
  x; k9 ?/ `& R
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。

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。
1 M+ \; I9 l8 ?; T
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”。
: {6 l5 y% b4 c, I% G* m, p: b
2 ?7 Z6 |! N, L( S: x8 h  Q“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。
8 i, o' ?& y- G
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。

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。
; f- Q; d0 O* a, ^+ m! ]4 {
. v$ i! Q0 L! R* z9 g2 X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
5 Z4 X: I" ?, D& s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
6 o' z* h7 J) X( `9 @5 Y

晨枫

hugo_song 发表于 2024-12-20 23:05
. ]. _- P4 M# Z+ ~, s# a5 W晨大看这个帖子,  多几张照片： https://k.sina.cn/article_6379388705_17c3dbf2100100vbeo.html?from=mil
...

这张图好！多谢！