中国突破16马赫斜爆震发动机?实情并非如此(组图)

【军武次位面】作者：金色轰炸机 2月26日，香港《南华早报》称，中国科学家们“已开发”出世界上第一台使用航空煤油的斜爆震发动机，飞行速度可达16马赫（相当于时速2万公里），一时间引起了巨大轰动。不过仔细想想这件事，可能并不符合实际情况。


▲《南华早报》报道原文，图片来源：网络 因为这短短一句话中，蕴含的信息量是相当丰富，因此需要简单拆解一下。首先是16马赫的超高速度。这是个什么概念呢？ 先说航空领域，美国F-22战斗机的最高速度大约为2.25马赫，虽然不是最快的，但是已经是人类战斗机的顶尖水平了。而目前人类所造的速度最快的飞行器之一，是美国NASA的X-43A技术验证机。 最理想状态下，速度大约为9.6马赫。如果这台16马赫的发动机已经实用，那么装上了某个飞行器后，它的性能将直接“逆天”。考虑到赤道的总周长不过40075公里，这个飞行器有能力在2个小时左右就环绕赤道飞行一圈。粗略计算一下可知，上海到北京的距离大约为1200公里，上海到洛杉矶大约有10000公里。那么这台飞行器，只需要花不到4分钟的时间就可以完成第一趟路程，不到30分钟，就能飞越整个太平洋。


▲X-43A，图片来源：网络 如果这种飞行器存在，那么放在航天领域也一样颠覆。实际上第一宇宙速度也就是进入近地球轨道的速度为28440公里/小时，第二宇宙速度即摆脱地球引力的速度为40320公里/小时。虽然16马赫飞行器还差一点意思，但距离第一宇宙速度已经非常接近。达到它，似乎也就是“一脚油门”的事——都16马赫了，再弄个20马赫的，好像努力努力也行。


▲航天器再入想象图，16马赫飞行器的飞行场景和它差不多，图片来源：网络 现实中，这种飞行器的飞行状态一定会非常震撼，因为16马赫状态下，它差不多和载人航天器再入大气层时的速度差不多，也和部分洲际弹道导弹进入末端垂直打击时候的速度差不多，它将会在大气层内擦出非常耀眼的火光。 不过这种飞行器肯定得是无人驾驶的才行，因为即使是经过了严苛训练的航空航天员，最多只能承受9个G左右的加速度。那么这台飞行器从0加速到16马赫，就拿9个G来计算好了，也需要63秒时间，飞行距离大约为170公里。这还只是理论计算，毕竟在极限9个G状态下让人类挺过63秒是非常困难的。所以就算是发动机有这个能力能飞16马赫，装这台发动机的飞行器也没办法有人驾驶，否则就需要几分钟甚至十几分钟才能达到16马赫。


▲9个G对于人类而言已经非常极限，图片来源：网络 总之，如果这种发动机真的存在，那么颠覆性通过以上列举的案例，肯定不难理解。问题在于，《南华早报》的报道实际上严重夸大了情况。《南华早报》引述的专业性研究论文是一篇名为《RP3航空煤油斜爆轰发动机试验研究》的报道，来自中科院力学研究所，权威性不容置疑。论文提到，中国完成了全球首例用航空煤油驱动斜爆震发动机的实验，这绝对是一个创举。但是关于“16马赫”这个速度，根本不存在。 论文原文提到16马赫速度的只有1处，那就是1978年美国开展的斜爆轰发动机试验证明，斜爆轰发动机具有拓展到6~16马赫的宽域飞行范围的能力。换句话说，6~16马赫，是斜爆轰发动机的一个理论研究数值，16马赫大致是斜爆轰发动机可能的理论极限速度。这篇文章只有引言部分提到了16马赫，剩下的主要内容可以说和16马赫毫无关系。


▲《RP3航空煤油斜爆轰发动机试验研究》原文，图片来源：网络 所以简单总结一下：第一，中国并没有16马赫的斜爆轰发动机“问世”或者进入“实用状态”。第二，论文中也没有进行所谓能达到16马赫的斜爆轰发动机试验。这篇论文的核心内容只有一个：在JF-12风洞中进行了一次速度9马赫，维持时间大约即使毫秒的实验，验证能否使用航空煤油驱动斜爆轰发动机。 为什么只有9马赫呢？因为这就是JF-12风洞的极限。那为什么实验时间仅有几十毫秒呢？这是因为这种类型的实验通常特别“费钱”，没有足够的经费来支撑进行长时间的实验。那么，为什么要验证航空煤油驱动斜爆轰发动机的可能性呢？这就要说斜爆轰发动机的具体原理了。


▲斜爆轰发动机的原理和两种类型，图片来源：网络 简单来说，人类目前所研究过的吸气式发动机不管是什么类型的，原理都是缓燃式的发动机，它们的速度基本上只能达到10马赫以下。而要突破10马赫以上的更高速度，就必须使用爆轰发动机/爆震发动机。爆震发动机就是让燃料在发动机内产生爆炸，这样能够产生更多的能量，能使得飞行器达到更快地速度。 所谓斜爆轰/斜爆震，指的是依靠斜激波而非正激波引起爆震的发动机类型，总之斜激波是高超声速领域内的一个概念，是高速气流撞击在斜板上而产生的，可以被斜爆轰发动机利用来产生爆震燃烧。依照过去的研究成果，斜爆轰发动机发动机需要使用的燃料是氢气+碳氢化合物，但是氢气非常不容易携带和储存，于是中国科学家们想到了使用航空煤油。航空煤油不是不能用来驱动，但是会增加发动机本身的设计难度。中国之所以要进行这方面的研究，其实是就是希望把斜爆轰发动机推向实用化。毕竟将来航空使用斜爆轰发动机的飞行器，携带氢气罐方便还是携带航空燃油罐方便，这是一目了然的事情。


▲中国使用航空煤油驱动斜爆轰发动机的过程，图片来源：网络 总而言之，中国的实验表明，我们有能力设计出使用航空煤油驱动的速度9马赫的斜爆轰发动机，但实际上，因为驱动时间太短，这一型号发动机距离实际使用还有距离。至于它会用在导弹或者高超声速飞行器上等等问题，这已经是非常非常以后的事情了。