神龍空天飛機

中國大陸4日成功發射了可重複使用的自製試驗空天飛機,而這或許證明,中方已研製出強大的發動機。雖然官方報導並未透露細節,但一位解放軍消息人士先前說,或許可以看看美國X-37B。

而X-37B無人試驗機有如小型的美國國家航太總署(NASA)太空梭,藉由傳統火箭發射,可利用機翼和機身在大氣中滑翔。

據大陸《兵工科技》雜誌23日報導,西安航太動力研究所官方微信公眾號21日發佈了一篇名為《十年艱難求索路一飛沖天震九霄——我所研製的某組合動力發動機首飛成功》的新聞稿,其中透露了非常重大的資訊,那就中國自製新型組合動力發動機首飛成功了!

組合動力發動機是空天飛機的「心臟」,而它和傳統發動機相比,最大的特點就是必須進行跨介質工作,在大氣層內和臨近太空不同環境狀況下,都要能正常工作,而傳統飛航發動機針對的,僅僅是大氣層內,主要是25公里以內的工作環境。

目前空天飛機運作的介質環境大致可分為3個範圍,一是距離地面約30公里以內,這是目前絕大多數傳統飛機的飛行範圍,使用的主要是渦輪噴氣式發動機。二是超過30公里,到50、60公里的地方,由於地球引力作用變小,空氣就十分稀薄了,這時如果使用渦輪噴氣式發動機,就沒有足夠的空氣進入發動機燃燒室,發動機就得熄火。因此目前大多數戰機的實用升限都在25公里以下,只有SR-71「黑鳥」(Blackbird)能在30公里高飛行,而它使用的發動機與一般飛機不同。

空天飛機在空氣稀薄的太空要正常飛行,就必須使用另一種吸氣式發動機,也就是衝壓發動機。由於衝壓發動機運作的要求速度比渦扇發動機更高,就有更多空氣進入衝壓發動機燃燒,這樣一來就能解決稀薄空氣中的燃燒氧化劑問題。第三、當空天飛機飛行高度超過60公里,達到100公里,甚至於更高的位置時,空氣已經稀薄到連衝壓發動機都無法工作的地步,屬於與外太空環境類似的臨近空間了,這時就要靠航天器上廣泛使用的火箭發動機來推動。

分析指出,空天飛機要在不同的環境下飛行,就需要有適應不同環境的多種動力裝置,而這就是「空天組合動力發動機」。目前空天組合動力發動機主要分為「渦輪基」,還有「火箭基」組合迴圈發動機兩大類。而西安空天動力研究所這次成功首飛的新型發動機,應該屬於火箭基組合迴圈發動機中的一種。

此外,分析認為,從組合動力發動機總師張蒙正以詩形容,「啟動順利流道暢,點火迅速室壓高」看來,很可能是超燃衝壓發動機或亞燃/超燃組合發動機。而這種發動機的特點,就是超音速氣流直接進入流道,在燃燒室中與燃燒劑摻混,在高溫、高壓、高速下直接燃燒,產生巨大的能量。事實上,要在超音速,甚至高超音速來流中點燃燃燒室是非常困難的,有技術專家將這形容為「在十級颱風下點燃一根火柴」。然而,從張蒙正的詩句中可以看到,超燃或超燃/亞燃衝壓發動機,模態轉換自如,產生了極高的功率增益,試驗也獲得成功。

另一方面,從技術角度來看,與火箭基發動機並聯的,更可能是一種超燃/亞燃衝壓雙模態發動機。而它的機理,是超燃衝壓發動機在6馬赫以上,以正常的超燃狀態工作,而當馬赫數低於6時,則會利用變迴圈技術和調整機構,在進氣道內產生正激波,透過激波讓氣流減速,從不到6馬赫減到音速以下。這樣一來,4發動機就轉換成亞燃工作模式。而這種利用激波的方式,就有效擴展了超燃衝壓發動機的工作範圍,使它成為一種雙模衝壓發動機。

(中時新聞網)

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