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本帖最后由 晨枫 于 2023-2-15 00:09 编辑
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亚燃冲压不难,超燃冲压才是难事,这事常识。但高超飞行需要超燃冲压,否则阻力太大。
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超燃冲压的难点就在“超”。燃烧的热量推动空气膨胀,膨胀以压力波的速度传递,压力波的传递速度是音速。所以亚音速燃烧时,火焰扩散和热量积聚的速度低于空气膨胀速度,火焰维持稳定燃烧。燃烧速度超过音速的话,空气来不及膨胀,火焰扩散带来的热量积聚扩散不出去,最后就是爆炸了。超燃冲压的难点正在于又要超音速燃烧,又要避免爆炸。7 {) }8 C9 B( i: [4 ~# q. M4 q: |) K1 V
: Q9 ]8 Y+ e! G% N# E- N( Q超燃冲压需要用额外的手段把受到音速限制的空气膨胀波“拉走”,避免热量过度急剧和爆炸,但技术复杂,操作上的容错空间很小,启动和变速困难。6 ~/ P* }" A2 o, c
2 ?, v0 y2 n _$ A5 { o* J亚燃冲压正好相反,技术简单,容错空间大,启动和变速相对容易,只是在高超的速度下,阻力太大。
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! A+ {, o6 b2 Z" ?9 h1 \3 r2 \2月14日,《南华早报》报导,国防科大一个马力昆(音译)团队在《固体火箭技术学报》上发表论文,成功地在地面试验台模拟在25公里高度、M6条件下用硼粉末燃料实现亚燃燃烧,燃烧效率高达79%,大约两倍于同样条件下的超燃冲压。, d' r y6 _$ \4 z, R* i" b
0 v" T, M/ S) j团队是在研究超燃冲压的过程中,发现亚燃冲压的燃烧效率更高。硼燃料是高能燃料,遇到空气的时候会自燃,所以没有点火问题,也因此成为固态燃料中的佼佼者。团队发现,粉末喷射时形成激波,激波对进气有减速作用。将粉末的喷射位置向更靠近进气口的位置移动,激波位置提前,在激波后点火,超燃就变成了亚燃,混合和燃烧的时间更长,燃烧更充分,燃烧温度更高。团队成功地在亚燃和超燃之间实现转换。
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; r& u5 f$ \) \; ]亚燃冲压不能最终解决高超飞行时阻力激增的问题,真正的高超巡航还是需要超燃冲压。但M5-6恰好是高超的过渡期,既可以用亚燃冲压实现,但已经触及速度的天花板了;也可以用超燃冲压实现,但有启动和操作弹性的问题。团队结果证明了在25公里高度(高超的典型飞行高度)、M6(高超的关键过渡阶段)可以顺利地在亚燃和超燃之间转换。也就是说,解决了顺利从高度超音速(high supersonic,M3-5)向高超音速(hypersonic,>M6)加速的关键技术。当然,这也是从高超音速向高度超音速减速的关键技术。也就是说,完成了高超音速飞机的关键技术。: }- V8 q9 Y2 T
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超燃冲压需要达到M5-6才能点火。高超音速导弹可以用火箭助推到超燃冲压的点火速度,回避从低速加速到超燃冲压点火速度的问题,更是不存在从高超受控减速而且保持动力飞行的问题,但高超音速飞机有这个问题。8 S0 z' A. F7 q! Q3 c
$ b# O; P6 R; t8 A# \美国还在火箭助推的高超滑翔技术路线上跌跌撞撞,中国已经在突破高超音速飞机的关键技术了。
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高超音速战斗机的意义不大,但高超音速轰炸机意义就大了,从高超音速轰炸机投放的无动力炸弹也是高超音速的,相当于用飞机助推的高超滑翔弹,重量和尺寸小得多,成本比用火箭助推低得多,使用上也灵活得多,军事意义非凡。
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即使不到高超音速轰炸机的程度,高超音速巡航导弹也是有巨大意义的。高超音速巡航导弹不需要全程高超音速,在巡航段用效率更高的高度超音速飞行,在冲刺段才转入高超音速突防,就像反舰导弹用亚音速巡航、超音速冲刺一样,在射程和突防之间达到较好的平衡。
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高超与激波是孪生关系,激波控制是高超飞行的关键。音障、热障都是激波造成的,但玩好了,激波也可以成为减阻、增升、热管理、燃烧控制的关键。中国已经把激波控制玩得出神入化了。 |
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