说起来,这种武器的概念,并不是中国独创的,最早是美国波音提出,后来被军方看中,搞出了X-51A高超音速飞行器计划。

按照美军设想,X-51A由B-52轰炸机在1万米高空发射,当助推火箭使其达到4.5倍音速时,主发动机启动,一举将速度提升至7倍音速。
美国战略司令部副司令罗伯特·凯勒称赞X-51A“能够在1小时内打击到地球表面任何一个目标。”——这也就是“一小时打遍全球”的由来。
不过呢?X-51A的研发并不顺利,主要就卡在了发动机上。
咱们都知道,无论是飞机的发动机,还是巡航导弹的发动机,都需要有进气口,空气从进气口进入发动机,一部分驱动压气机,一部分被压气机压缩成高压气体,混上燃料,点燃后产生推力。
不过呢?因为压气机的物理极限存在,在3马赫的速度下,发动机的工作效率就急剧下降了,为了实现高速飞行,科学家索性把压气机和涡轮砍掉,这样在飞行时,高速气流迎面而来,在进气道内扩张减速,进入燃烧室与燃料混合燃烧,由喷口高速排出而产生推力。
这就是冲压发动机。
但是现在的冲压发动机,都采用的亚音速燃烧室,要把流入到发动机内部的空气减速到亚音速才行,也就是亚燃冲压发动机。
为啥?因为如果速度再提高(比如达到5倍音速),吸入的空气哪怕经过减速,也仍然是超音速的,从空气进入吸气口,燃烧再排出去,也就几毫秒时间,那么在这几毫秒中,怎么实现空气与燃料的充分混合、稳定燃烧?

所以有个形象的比喻,就是要想让超燃冲压发动机正常工作,好比在12级台风中点燃一根火柴。
所以,4马赫就成了亚燃冲压发动机推进速度的上限,要想达到5马赫以上,就只能搞超燃冲压发动机。
但是,超燃冲压发动机太难了,从发动机的喷注器设计、燃烧室的设计、燃料供应和冷却系统以及发动机耐高温的陶瓷基复合材料等等,都需要同时解决。
从美国X-51A试验的情况来看,美国那边也是困难重重。
2010年X-51A首次试飞,目标为6马赫,实际最高速度只有4.88马赫(没达到高超标准)。2012年第三次试射中,火箭助推器分离后进气道未捕获足够空气,超燃冲压点火1秒即熄火,最终坠海。在2013年的实验中,有一次勉强达到了5.1马赫速度,但发动机只工作了3.5分钟就熄火,并不尽如人意。
所以一直到现在,X-51A还一直停留在试验样机阶段。
但是谁能想到,美国十几年搞不定的事情,竟然被西北工业大学给搞定了?
更夸张的是,飞天二号走的不是X-51A的路径,搞什么超燃冲压发动机,而是直接进入了下一代火箭-冲压组合循环(RBCC)发动机!
RBCC是啥呢?我们结合官方通稿通俗解释一下。
飞天一号的通稿是:首次验证了煤油燃料火箭冲压组合循环发动机火箭/亚燃、亚燃、超燃、火箭/超燃的多模态平稳过渡和宽域综合能力,突破了热力喉道调节、超宽包线高效燃烧组织等关键技术。
飞天二号的通稿是:首次获得了煤油/过氧化氢推进剂火箭冲压组合动力的变结构进气、变推力加速、变攻角自主飞行等科学数据。
这是啥意思呢?
也就是说,这一套发动机,可以在不同飞行速度下,采用不同的发动机工作模式。
第一阶段——火箭/亚燃,也就是一开始用火箭加速,达到冲压发动机的工作速度2-4马赫,将高速气流“压”进发动机,启动亚燃发动机。
第二阶段——亚燃,火箭发动机关闭,只靠亚燃发动机飞行,飞行器稳定在4马赫以上。
第三阶段——超燃,是速度达到4倍音速以上后,气流以超音速状态进入燃烧室,然后发动机从亚燃模态转为超燃模态,速度提高到8马赫。
第四阶段——火箭/超燃,这个时候超燃发动机已经进入稳定工作状态了,如果想在大气层内飞行,那么就可以继续保持超燃工作状态。如果想飞到大气层外,也可以,因为没有阻力,所以速度可以提高到10马赫以上。但是大气层外没氧气了啊,那就关闭超燃发动机,启动火箭发动机,为飞行器提供最后的速度增量。当然,如果想回到大气层内,那关闭火箭发动机就可以,进入大气层后再启动超燃模态,继续飞行。

这么多工作模式组合在一起,就叫组合循环。
看到RBCC的牛X之处了吧?它解决了超燃发动机单一飞行模式的弊端,不仅大幅度改善了发动机的变循环能力,而且通过发动机工作模式的丝滑切换(X-51A就是不丝滑就失去动力掉下来了),具备了从大气层到卡门线外(宇宙空间),随意进出的能力,弹道更加难以捉摸,工作时间更长。
这种组合模式好处在哪呢?赋予了乘波体导弹超远的飞行能力。
东风17牛不牛?牛,但它是火箭动力,燃料消耗在了助推段,就算能滑翔,射程也只有2000公里左右。
但是呢?飞天二号的自主吸气飞行能力,和从大气层内飞到大气层外然后再飞到大气层内的本事,给飞天二号的射程将带来一次成倍增加,超过5000公里不是梦,如果再放大一下到东风26那个体积的话,高超声速洲际导弹这不就来了么?
而且,中国这种发动机采用的燃料是煤油,这种燃料不仅便宜,而且使用条件不像X43A那样是用液氢那么苛刻的保存条件,在工程应用上困难会小得多,应用也会比美国快得多。
但是问题来了,美国人没搞定的超音速状态下气流与燃料混合的问题,中国是怎么搞定的呢?
请看通稿中“热力喉道调节、超宽包线高效燃烧组织”以及“变结构进气”,你可以简单理解为飞天二号的进气道和热力喉道是可变的,通过进气气流的改变,来调整空气速度和激波(想象一下你家花洒的不同水流模式),从而实现从亚燃到超燃冲压的全模式衔接,真正实现了美国人都没实现的“一小时打遍全球”的目标。

更加关键的是,通稿中提到了一句“变攻角自主飞行”,这就更厉害了。
攻角是飞行方向和飞行器轴线的夹角,一般来说,如果实现了“变攻角”的话,意味着飞行器可以实现剧烈的机动动作,比如S形飞行、突然俯冲、突然拉起甚至横向滚转等等,极大提高突防能力,可能敌方的萨德导弹还在按照你的预定飞行轨道慢慢爬升呢,你突然一闪身绕过去了。
而且,实现这个变攻角自主飞行能力还有两个好处,一是在于可以加强弹道修正能力,提高打击精度,说打鼻子不打眼睛。另一方面是可以改变攻击姿态,比如一开始你是平着飞,然后接近目标时突然俯冲,一招“从天而降的掌法”,实现钻地弹的打击效果。
我们可以对比一下飞天二号和飞天一号,就会发现飞天二号增加了四个X形布置的半动舵,显然就是为了和火箭分离后自主飞行和做机动动作用的。
综上,吸气式高超,组合式循环动力,大气层外飞行能力,这就是飞天二号的牛X之处,从技术水平来看,完全超越了美国的X-51A“驭波者”,成为美国提出的“一小时打遍全球”概念的最终实现者。
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