中國高超聲速大殺器的核心困境：燃料燒不出水，越飛越慢

SR-72

目前美國和中國，都把能自主起降的超高聲速飛行器作為極其重要的研發突破方向。

而這其中最核心的一個技術難點在於，在極高的速度下——甚至連燃燒都必須在超聲速氣流中進行時，多數人在中學裡學習到的化學知識，將會在極大程度上失效、被顛覆。

今天的SR72和SR71動力上有類似的地方，也是渦輪/衝壓不同模式組合的變循環設計。在2.x倍聲速和以下，它們的發動機以渦噴的形式工作，滿足飛機的起飛降落能力需求，並能把飛機加速到衝壓發動機啟動所需的高速飛行狀態。

飛機超聲速飛行產生的激波，是高速阻力的主要來源

高超聲速飛行器普遍使用前機身作為壓縮面，氣流會在前機身和進氣道產生的激波中不斷減速，最後才參與燃燒。

而在更高的速度下，它們的發動機會以衝壓發動機形式工作。比如SR71的衝壓發動機是亞聲速燃燒的，雖然飛機以三倍聲速飛行，但氣流在進氣道內會減速到亞聲速狀態與燃料混合併持續燃燒，產生燃氣和噴流。

但是這種做法有很大的局限性。隨著飛行速度進一步提高，還將氣流減速增壓到亞聲速狀態下，會導致氣流的壓力和溫度急劇升高。這個時候，碳氫燃料（比如航空煤油）的燃燒過程就會開始超出傳統的化學反應範疇，開始出現顯著的離解反應：

作為燃燒產物的水和二氧化碳，會大量吸收熱量，分解成氫、氧、一氧化碳、氫氧基等等。

以一個大氣壓作為燃燒室壓力的前提進行計算，即使是高超聲速飛行器在最寒冷的同溫層（中高緯度地區平均溫度-45攝氏度）飛行，從三倍聲速跨越到五倍聲速時，氣流總溫也會從610K（337攝氏度）提升到1300K（1027攝氏度）；但燃氣溫度，卻是從2600K（2300度）左右提升到了不到3000K（2700度）。

SR71上，離解效應的推力損失還並不明顯

這意味著燃燒過程的溫度增加幅度，從2000度降低到1600多度——因為解離效應開始急劇增強了，比如水分子的解離比率從30%提升到60%。而速度一旦提升到八倍聲速，燃燒升溫將不到600度——超過80%的水都會被解離掉。

燃料燃燒釋放的熱能，最後被用在了把水和二氧化碳分解成更小的單位上——這帶來的後果很可怕，燃燒變得非常不穩定，而且推力急劇降低。再加上超高速下的巨大空氣阻力，最後飛行器的推力在整體上只能表現成負值，越飛反而越慢。

解決這個問題的辦法，是必須要降低進入衝壓發動機內部的空氣溫度——這就是說，不能讓氣流在參與燃燒之前，減速減的太厲害了。這就是超燃衝壓的由來——從進氣道進入發動機內的空氣，將會在超聲速的流動速度下與燃油混合、並進行燃燒。

X51上，正推力加速能力依然很弱，而且動力時間還是只能以秒計算

這帶來了極其巨大的困難：火焰的傳播本身就是有速度極限的，在超聲速狀態下，燃燒過程將在非常有限的空間內，必須要在幾毫秒甚至1毫秒的時間內完成。這種難度遠遠超出點燃一根暴露在龍捲風中的火柴，並讓它全部燒完的要求。

實際上，人類能讓超高聲速的衝壓飛行器實現正加速——而且加速非常緩慢、持續時間非常短（以秒計算），也不過就是這幾年的事情。

中國近幾十年內，能實用化的高超飛行器在5-6倍聲速範圍內

要降低氣流溫度，提高能量利用效率，就必須讓氣流擁有更高的速度——從1.x倍聲速放寬到2.x甚至更高；但氣流速度每增加一點，實現穩定、高效燃燒的難度，都在翻著倍、甚至是指數級的增長。

從目前的技術水平看，5-6倍聲速的衝壓飛行器，或許再過20、30年我們能看見實用化，而8-10倍音速的，仍然將遙遙無期——這個、甚至是更高的速度範圍，將被無動力的高超聲速滑翔飛行器長期統治，並成為各國防空反導系統的頭號威脅。

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