什麼是真正的超音速巡航？

「2014珠海航展」剛剛落下帷幕，很多人在看報道的時候，難免會聽到「超音速巡航」、「開加力」、「渦噴發動機」「渦扇發動機」等這樣的專業術語。今天我們就來了解一下，什麼是真正的超音速巡航，以及某些航空發動機。

偽超音速巡航

超音速，是指飛行器的飛行速度超過環境中的聲速，比如在海平面高度，20℃空氣中的音速大約是343米每秒，或1235千米每小時。這個都很好理解。然而，飛行器在飛行過程中，單位距離上消耗燃料最少的速度，才能稱為巡航速度。

如果把超音速和巡航速度兩個條件加在一起，嚴格來說，現在的很多戰機，在介紹的時候說它具有超音速巡航能力，是不怎麼準確的。這些戰機確實能超音速飛行，但卻是在開啟「加力燃燒室」的情況下實現的，而開啟加力燃燒室，就有點畢其功於一役的感覺了。那什麼又是加力燃燒室呢？

加力燃燒室

要了解加力燃燒室，我們得先來了解一下噴氣發動機的一般原理。

某類型噴氣發動機動畫示意圖

如上圖，空氣從進氣道進入發動機後，會首先被高速運轉的壓氣機狠勁壓縮，之所以要壓縮，是因為外界空氣中的含氧量不足於支撐裡面的劇烈燃燒。

高密度高壓氣體進入燃燒室，與燃油混合後，劇烈燃燒，繼而產生溫度更高壓力更大的噴流，渦輪機被噴流衝擊，高速旋轉，通過軸，從而帶動前面的壓氣機旋轉，最後一步，噴流從噴口高速離開，產生強大的反推力，驅使飛機高速飛行。

如上圖，這是稍微詳細一點的噴氣發動機說明① 吸入；②低壓壓縮；③高壓壓縮；④燃燒；⑤ 排氣；⑥熱區域；⑦渦輪機；⑧燃燒室；⑨冷區域；⑩進氣口。

實際上，噴氣發動機很複雜，種類也很多，上面介紹的這種就屬於「軸流式渦輪噴氣發動機」，簡稱「渦噴發動機」，它一般用在早期的戰鬥機上，比如第一代和第二代戰鬥機就以這種發動機作為主要動力，它的特點是高速飛行時，效率高，但低速飛行時性能很差，現在處在淘汰的邊緣。

而用在客機和現代戰機上的，一般是「渦輪風扇發動機」。簡稱「渦扇發動機」。

渦輪風扇發動機動畫示意圖

從上圖可以看出，「渦扇發動機」的原理與「渦噴發動機」基本類似，最大的不同點是，它在壓氣機的前面安裝有巨大的進氣風扇，這個大風扇除了可以協助壓縮空氣外，還能當作螺旋槳使用。

更直觀清晰的渦扇發動機如下圖：

渦扇發動機

從上圖我們容易看出，渦扇發動機有兩個空氣通道，中心的那個叫做內涵道，外面的叫做外涵道。發動機在運轉時，外涵道與內涵道空氣流量的比值叫做涵道比。

涵道比越大越省油，經濟性越好，高涵道比的發動機在亞音速時有非常好的能效，通常用於客機、運輸機等。

此為羅爾斯·羅伊斯生產的瑞達1000發動機，用在波音787夢幻客機上。瑞達系列發動機，葉片高速運轉時，會產生90噸的離心力，相當於每個葉片吊著13輛雙層公共汽車。這樣的發動機很昂貴，價格是同等重量的白銀的好幾倍。

雖然渦扇發動機的耗油低、噪音小，但是，高涵道比（比值目前大都在8以上）的渦扇發動機比較適合用在亞音速的客機上，戰鬥機如果使用，那麼在超音速時，這樣的巨大風扇無疑將帶來致命的阻力。

因此，戰鬥機一般都採用低涵道比（比值小於1）的渦扇發動機，以此帶來更小的阻力和更大的推力，可就算這樣，要想實現超音速飛行，也不是一件容易的事，為了得到更高的推力，就必須進一步提高燃燒室的溫度，然而，由於材料的限制，渦輪一般很難承受這樣的高溫。

怎麼辦呢？這就得靠「加力燃燒室」來解決了。

加力燃燒室位於渦輪的後方，因為那裡沒有旋轉的部件，所以可以承受更高的溫度。

加力燃燒室，間歇性燃燒動畫示意圖

當發動機開啟加力時，推力瞬間可提高1.5倍左右，這樣大的推力一般用在戰鬥機在航母上起飛，突破音障作超音速飛行、或者是正與敵機纏鬥等情況下使用。

J58發動機加力全開的情形，可以看出加力燃燒室一片通紅，溫度極高。這款發動機用在「SR-71」黑鳥偵察機上。

「米格-29K」開加力時的情形。

別的戰機開加力是耍酷，澳大利亞皇家空軍的F-111，你這是怎麼回事？F-111：「誰說我在開加力？我只是在放油！」

開啟加力雖然能快速提高推力，但是，因為加力燃燒室裡面的空氣是已經被前面的燃燒室使用過一遍的，裡面的含氧量不高，在這種情況下注入燃料進行燃燒，效率很低，耗油量非常巨大，一般戰鬥機在加力全開下，大多數不到十分鐘就會耗盡所有油料。

真正的超音速巡航

鑒於很多戰機的超音速巡航是在開啟加力的情況下得到的，所以，這樣的巡航不是真正意義上的超音速巡航，只能說，戰機可以超音速飛行。

那麼目前，真正意義上超音速巡航戰機有哪些呢？別的先不說，我們先來了解一下F-35戰鬥機。據洛克希德-馬丁公司副總裁證實，F-35戰鬥機不是一款能超巡的飛機，不過，其在打開加力，突破音障，到達1.2倍音速後，接著關閉加力，這樣能維持1.2音速下衝刺241千米。

瞧，連大名鼎鼎的F-35戰機都不能說自己百分之百就是一款超音速巡航戰機，又何論其他。

超音速巡航作為第五代戰機的一個標準，不是簡單地，或者剛剛好過了音速就可以，要這樣說的話，半個多世紀前，英國的「閃電」截擊機也要歸類到這裡面，「閃電」截擊機在不開加力的情況下也能達到1.01音速。

目前，在超音速巡航方面做得最好的是第五代隱形戰鬥機F-22，這是公認的一款超音速戰機，在不開啟加力的情況下，其巡航速度為1.82倍音速，這種高超音速巡行的性能，目前無機可比。

F22結構緊湊，翅膀短小精悍，看上去活像個飛鳥機器人。

F22的高超音速巡航能力來自於強大的發動機和優異的氣動設計。圖為用在F22上的發動機在試機。

曾經，F22在和 F-15、F-16 的多次對比試飛中，每次都是要不了多久，F22就能把這兩款戰機遠遠地甩在後面，並且，當這兩款飛機的油料頻頻告急的時候，F22油箱仍然剩下很多油，這就是高超音速巡航的優勢。而另一個顯而易見的優勢是，在高超音速巡航狀態下發射導彈時，導彈將具有更大的初速，射程會更遠，有時甚至能提高50%的射程。這很好理解，因為導彈一離開機身，這屁股還沒點燃呢，就已經擁有了飛機的超音速。如此說來，對於導彈來說，出身，也很重要。

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