重磅亮相 — X型超燃衝壓進氣道顯殺氣 中國臨近空間高超音速導彈露崢嶸

原標題：重磅亮相 — X型超燃衝壓進氣道顯殺氣 中國臨近空間高超音速導彈露崢嶸

作者：92軍迷

在今年軍民融合展會上面，國產凌雲臨近空間高超聲速通用試飛平台公開亮相，它是我國首次實物展出的高超音速飛行器。從彈頭進氣道可以看出它採用了超燃衝壓發動機。

「 臨近空間」是指距地面20～100公里的空域，90公里以下為均質大氣。臨近空間飛行器主要包括：高超聲速巡航飛行器 和 亞軌道飛行器，它們的飛行空域高度不同。臨近空間飛行器具有飛行速度快、航距遠、機動能力高、生存能力強、可適載荷種類多等特點。

雖然此次展出的是「通用試飛平台」，但下圖顯示：我國在2011年6月12日就進行第一次高超音速飛行器試驗，並獲得成功。從獎章上的圖案可以看出，當時試驗平台是「軸對稱的徑向布局」，採用環形進氣道，後面帶有固體助推火箭。

下圖是美國的X-51A 高超音速試驗飛行器， 它採用左右對稱布局。2010年5月首飛達到4.88M.；2011年3月和2012年8月兩次試驗均告失敗；2013年5月1日由B-1B轟炸機掛載，空中投放後固體火箭助推，達到3M.之後啟動超燃衝壓發動機，但是在達到5M.之後，衝壓發動機僅維持300秒就熄火，滑翔500秒之後墜入大海。由於連連失敗，國會拒絕繼續為X-51A撥款。

「高超音速」是指飛行速度達到5—10M.；10M.以上的稱作「超高音速」。要達到高超音速，除了固體火箭，就只能採用「超燃衝壓發動機」。下圖是幾種吸氣式發動機的結構對比示意圖：

（a）是渦噴發動機，它有高低壓氣機，所以可以在0速度的狀態下啟動；

（b）是亞燃衝壓發動機，「衝壓發動機」沒有高低壓壓氣機，當飛行器由固體火箭助推器加速達到超音速時，進氣道起到壓氣機的作用，啟動亞燃衝壓發動機。由於燃燒室內的氣流是在亞音速，所以是亞燃衝壓發動機，它的飛行速度不會超過5M.；

（c）當飛行速度超過3M.，燃燒室的氣流達到超音速，所以稱作超燃衝壓發動機。此時發動機要穩定工作，難度比在12級颱風中燃燒一根火柴還難。前面提到的美國X-51A屢試屢敗，就是因為超燃衝壓發動機無法持續穩定地正常工作。

下圖是超燃衝壓發動機的結構與工作示意圖，它分三個區，氣流壓縮區、燃燒區、燃氣膨脹區。拼圖（下）是軸對稱徑向布局雙模塊發動機的進氣系統示意圖：氣流先經過亞燃模塊進氣道進入亞燃室，加速到3M.之後，氣流進入燃超室開啟超燃衝壓模式，將飛行器加速到5—9M.。

從臨近空間高超聲速通用試飛平台公開亮相推斷，中國的高超音速空對地巡航導彈已經定型。中國之所以後來居上，首先得益於我們有多型高馬赫數的風洞。例如下圖（右下）GJF超聲速管風洞1990年啟動，可進行3.5—6M.氣體動力學研究；1992年啟動的JFK-8高超聲速激波風洞（6.5—15M.）;1992年啟動的JFK-10爆轟驅動高焾激波風洞（達20M.）。

航天三院的超燃衝壓發動機演示驗證飛行器，於2011年6月首飛成功，其進氣道和超燃衝壓發動機就是類似X-51A的左右對稱布局。

2008年啟動、2011年6月驗收定型的JF-12爆轟激波風洞，技術水平達到世界領先水平。噴管直徑達2.5米，實驗時間100ms，可對飛行速度5—9M.的飛行器進行氣流動力學研究。

有先進的風洞才能研製出適合的進氣道，這是超燃衝壓發動機穩定工作的前提。下面三幅拼圖是2011年春節，在中國空氣動力學春節學術座談會的報告幻燈。可以看到我們的超燃衝壓發動機的進氣道是經過氣動優化的「流線追蹤進氣道」、三面壓縮空氣，進氣道的唇口形狀與X-51A不同。

進氣道----燃燒室----尾噴管也是經過一體化優化，使得進入超音速燃燒室的流場是穩定的。此時的飛行馬赫數M=6，進氣道馬赫數 M=3.12，高總壓恢復係數為73 %。

除了進氣道，燃燒室的設計也是關鍵技術，下圖是用於試驗的新型集成超燃衝壓發動機，採用燃料再生主動冷卻的燃燒室技術，燃燒室與冷卻系統約80秒達到熱平衡。

我們在2009年就已建成長時間直連式超燃試驗平台，可模擬馬赫數5.6的飛行狀態。

中國的高超音速飛行器技術突飛猛進，不得不提到國防科技大學的王振國教授，他是我國高超音速推進技術領域的頂級專家。1999—2012年多次獲國家科技進步二等獎、軍隊科技進步一等獎。

（1）他帶領團隊從超聲速燃燒機理研究開始，歷經近二十年探索，突破全部關鍵技術，研製成功世界首台航空煤油再生冷卻超燃衝壓發動機，並通過長程熱試車考核，技術性能可與美國比肩（美國X-51A發動機採用特殊吸熱型碳氫燃料）。該型發動機研製成功，標誌著我國具備了獨立自主研發超燃衝壓發動機的能力。

（2）他帶領團隊突破大流量空氣加熱器和大型主動引射系統等兩個世界性技術難題，研製成功國內首座大型連續式高超聲速推進風洞，建設了系列化高超聲速推進風洞，使我國超燃衝壓發動機試驗能力達到國際先進水平。

（3）研製成功××高超聲速飛行器，圓滿完成自主飛行試驗，達到世界先進水平。美國近年實施了10次自主飛行試驗，其中6次失敗，其他國家還未見自主飛行試驗。

我國在高超音速飛行器研究領域可謂是人才輩出，舉個例子：中國航天科工三院301所總師陸紅，2016年榮獲「 中國五四青年獎章」，她帶領團隊研製的某超燃衝壓試驗飛行器，2011年首飛，去年獲國防科學技術進步獎特等獎，能獲特等獎自然是已經定型。

該飛行器的發動機長4米、重700Kg、推力15KN（1530Kg）。美國的X-51A加上預壓進氣道4米，發動機實際上只有2米，重300+Kg，推力只有我們的三分之一（5KN），而且還屢射屢敗。

從此次軍民融合展會上展出的通用試飛平台，可以推斷出採用超燃衝壓發動機的、中國高超音速空射對地巡航導彈，已經達到實戰化水平。其布局與美國的X-51A完全不同，既不是早期的軸對稱徑向布局的雙模塊進氣道，也不是左右對稱布局的超長預壓進氣道。

它是採用了比較獨特的彈頭X形布局四個進氣道，顯然有改善機動性能的考慮。進氣道採用三面預壓的亞燃----超燃一體化設計，並與彈身融為一體，這樣整體大小比較緊湊，適裝性強，還可以用海軍的通用發射架進行垂直發射。

下圖是重型多用途戰鬥機（如殲-16）掛載高超音速巡航導彈攻擊地（海）面的示意圖：戰機投放導彈後固體火箭助推加速和爬升，到達數十公里的臨近空間，超燃衝壓發動機開始工作，加速到6M.之後進入巡航，接近目標時俯衝攻擊。

假設射程為1200Km，以6M.的速度飛行時間為15分鐘；如果是亞音速巡航導彈，則要飛行70分鐘，而且以6M.的速度俯衝攻擊，現有的防空導彈無法攔截。

我國不僅有高超音速的巡航導彈，還有臨近空間的高超音速無人機，還在研製亞軌道有人和無人飛行器。下圖是高超音速飛行器的試飛團隊合影，根據成飛的官媒報道，該飛行器在2017年底已經完成定型試飛。

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