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本帖最后由 晨枫 于 2024-12-18 21:59 编辑 l# {. }/ Z8 j( W4 _
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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。/ r6 b# _! S. ]# ]- E: g0 F: m/ }
. M" {2 @/ I! d: |近日中国接连公布先进的高超音速飞机和动力:" y# Z0 c+ o; R3 E Z1 s4 Y
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- 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
/ S+ {" M5 [' |# E6 n$ O, x- 凌空天行的“筋斗云”M4高速冲压发动机4 _: R7 u( c; Y1 `0 ^& F
- 清华的冲压转子爆震发动机; j2 Q0 t$ p7 c, X
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“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。
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寥寥数语,信息量很大。; S: X3 D4 f$ @8 w/ W- C2 x
. n7 _5 _& [. Y" u. q# \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。& k) O3 e @1 }
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。
' t" K% G5 b( p5 r& r3、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。" [" U# e/ h1 y4 x
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。- z1 ^) `! y8 F/ ^) ]1 l
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。
2 @, K. \: V# T+ R# ]6 R/ _6、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。
) s5 P+ b' Z$ h' W) C7、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。
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. t: J7 |1 ?7 Y) ^. Y3 U5 {0 q“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。
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) M) x3 t) j/ J0 o7 |$ L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。
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% }# o4 M j8 y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。
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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?
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) l5 q$ s8 D; _% {) j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。
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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% F6 K8 G! ?" d: Z( S
) m2 E8 h; R( \% 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。0 ^7 U- g& {0 h+ I
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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。
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1 W" i& T3 ]0 g: 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。
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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。1 W: Y0 J X. j9 ~
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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。+ F" [- Y% `- m0 {/ p+ u. w
: ^& `" _0 X1 ~1 ]7 M, v6 R+ d( i/ m清华团队也是将冲压和爆震相结合,但这是旋转爆震。
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A- [ r1 g4 D& ]8 w( @爆震发动机有三个技术路线:; d. u8 [- f) E) P
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1、脉冲爆震,效率最高,但只能产生不连续推力。 v% V1 b/ }; i( o5 x4 X5 ]' v3 @8 b# p
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。/ g: D T6 W9 l! |9 l
3、旋转爆震,原理精巧,产生连续推力,但也最复杂。
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' `' v9 z; G% H; e3 I4 o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。
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3 r; ?, `$ M' u; J3 M( P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。
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! W3 K, p- n5 @' e0 \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。9 q2 W' `- b# E" T4 j
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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。
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/ E9 K1 y3 {4 V9 c F1 \: d1 W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。
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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。
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8 Q, ~" X$ H( y1 e9 b1 {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”。& b7 y1 {' f! S( }! @- L
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“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。
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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。
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中国高超音速飞机的大爆发还刚开始呢。 |
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