世界上最为先进的发动机技术主要掌握在西方国家手里,而中国则处于奋力追赶的阶段。虽然我国的发动机技术研究成果与西方相比仍旧有段差距,但经过几十年的研究,也有不少发动机技术赶上了世界先进技术水平,例如西北工业大学研制的冲压组合循环发动机就引起了较大的轰动。
而由该冲压组合循环发动机作为动力的“飞天一号”火箭也在点火后发射成功,这也是全球首次“验证了煤油燃料火箭冲压组合循环发动机火箭/亚燃、亚燃、超燃、火箭/超燃的多模态平稳过渡和宽域综合能力”。可能很多人看到这里都会觉得云里雾里,这款发动机与其他火箭发动机有何不同?它到底能干啥?究竟有多先进?
火箭发动机
航天事业的迅速发展离不开火箭发动机的协助,卫星、航天器和载人飞船等遨游外太空的飞行器都需要借助火箭发动机的推力才能成功发射。如今的火箭发动机是喷气发动机的一种,主要通过固体或液体推进剂在中高压燃烧产生的燃气来获得推力。
固体火箭发动机和液体火箭发动机的用途还有些区别,通常情况下,固体火箭发动机主要是用来发射航天器,或者用于导弹以及火箭弹的动力来源。而液体火箭发动机则主要是用于发射航天器、进行姿态修正与控制和轨道转移。此外,如果再将火箭发动机进行细分,还有电火箭发动机和核火箭发动机。
电火箭发动机就是利用飞行器提供的电能加速工质,使其形成高速射流而产生推力。核火箭发动机也就更好理解了,毕竟用核反应堆来提供动力的军事武器目前已经十分常见,美国的航母就是因为采用了核动力才具备强大的续航能力。核火箭发动机就是利用核燃料提供推力,产生的推力会更大,不过这种发动机的技术相对而言比较复杂,还要考虑是否有核辐射等问题,所以关于它的相关研究也就处于绘图中。
而西工大研制的冲压组合循环发动机是区别于火箭发动机的另一种发动机,它最初是由法国的一位工程师提出设计理念的。当冲压组合循环发动机工作时,它会将进入进气道的高速气流压缩后排入燃烧室,然后和燃烧室里面的燃料发生反应,产生的燃气膨胀后就会向后排出从而产生推力。
冲压发动机优势
和喷气式涡扇发动机相比,冲压发动机的优势在哪?未来会对航天领域有什么样的影响?我们都知道,涡扇发动机工作时,也是将空气吸入燃烧室,与喷出的燃料发生化学反应,然后在尾喷口处喷出高温高速气流产生强大推力,推动飞行器向前飞行。这种发动机推力大,噪音低,耗油量小。
然而,涡扇发动机有个很明显的缺点,那就是它的风扇直径太大,庞大的迎风面积会促使它产生较大的阻力,那么当其飞行速度加快时,推力就会减小,导致装载该发动机的飞行器只能以高亚音速进行飞行。若飞行器想要以超音速或者超高音速飞行,显然这种涡扇发动机是不能满足需求的。
为了让飞机的速度更快,冲压发动机也就此诞生了。并且美俄很早就开始研制冲压发动机了,并且取得了一定的成果,搭载了超燃冲压发动机的飞行器则能以高超音速飞行,能随时突破各种强大的防空系统。如果将这种武器运用到军事领域,那未来的战争将是速度与速度之间的比拼。
而俄罗斯的多款高超音速导弹也使用了超燃冲压发动机,例如反舰导弹锆石,曾在一次测验中达到了8马赫的飞行速度,直接改变了俄罗斯海军战略力量的布局。一般情况下,只有飞行速度超过5马赫的导弹才会被称为高超音速导弹,也只有这样的导弹才能在大国竞争中获得优势。
纵观各国在高超音速武器领域的发展轨迹,俄罗斯在高超音速武器领域属实是弯道超车,美国反而被甩在了身后。其实我国在高超音速武器领域也取得了不小的成果,西工大研制的冲压组合循环发动机就是我们发展高超音速武器走出的最坚实的一步。
先进之处
首先,西工大提到了这是台组合循环发动机,也就是说在不同高度和速度范围内,仅用这一台发动机就能完成不同状态的飞行工作。而组合循环发动机还分为基于涡轮基的,火箭基的和涡轮火箭基的,西工大所研制的这台发动机从目前来看,应该是火箭基组合循环发动机。
另外,西工大还提到还提到这台发动机能实现“多模态平稳过度”,意味着不管飞行器高度和速度处于什么样的状态,发动机内部的工作机制都可以稳定地进行变化。例如当火箭发射后,发动机可以平稳地从火箭模式切换到亚音速燃烧冲压模式,当速度加快至7马赫时,又会切换到超音速燃烧冲压模式,甚至还可以直接从火箭模式进入超音速燃烧冲压模式。
可以说西工大的研究成果让我国在高超音速武器发展领域又获得了新的动力,如果导弹装备了冲压组合循环发动机,那它的航程和速度将会打破现有最先进的导弹,突防能力会大幅度提高,对方想要摸清其弹道轨迹进行拦截基本不可能实现。
再往远一点说,如果冲压组合循环发动机能在空天飞机领域取得新的进展,那么我国的航天航空事业便会进入前所未有的新高度。目前,中国在冲压组合循环发动机研究领域已然处于世界先进水平,而同样在搞这项技术的美国却显得有些不太乐观。
当然,中国目前也只是在该领域跨出了一小步,要想在航天领域取得更高效的成绩,接下来还得稳住心态,继续前行。