一直以来,我国在国防军工领域都有一个短板,那就是发动机技术,地面阶段不必赘述,其中航空发动机方面最严重,但有一个领域我国走在了世界前列,它就是空天飞机发动机。前不久,我国西安航天动力研究所官方账号公布了一个好消息,我国国产新型组合动力发动机首飞成功。可能不少人看到这个组合动力发动机都是满脑袋问号,它是什么东西,可以做什么?

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实际上,这是我国为空天飞机准备的一种动力系统。众所周知,现在想要把一件东西送上太空,价格是相当高昂的,哪怕是最便宜的马斯克的猎鹰-9火箭,送一个卫星上太空平均下来每公斤也得数万美元,而空天飞机则不同,这种飞机可以重复使用,能够极大地降低太空运输成本。但空天飞机的研制难度极高,这其中最棘手的则是发动机,这也和空天飞机发动机的工作环境有关。

空天飞机的动力和常规飞机的最大区别就是它需要进行跨介质工作,在大气层内和临近空间以及太空中不同环境下都要能正常工作,而普通航空发动机的工作环境就简单多了,基本是在30公里以下的大气层。而想要让动力系统能够在三种不同环境下正常工作,单靠“吸气式发动机”是不行的。

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吸气式发动机燃料燃烧所需要的氧化剂,主要就是空气中的氧气,而这种情况在太空中是无法工作的,在太空中还得靠自带氧化剂的火箭发动机。如此一来就明白了,想要让空天飞机跨三种介质工作,需要将吸气式发动机和火箭发动机结合,这是目前世界各国正在研究的方向,也是西安航天动力研究所公布的组合动力发动机。不过吸气式发动机不止涡扇发动机一种,因此组合发动机也不止一种技术路线。

首先是涡扇发动机和火箭发动机的组合,目前这一技术路线英国已经研制出了原型机,名为RB545吸气式火箭发动机。这款发动机将吸气式发动机和火箭发动机融合起来。大气层内以吸气方式工作,出了大气层以火箭发动机的方式,燃烧自身携带的氧化剂来维持工作。在吸气状态工作时,这款发动机能让飞机的飞行速度达到5马赫,形成如此快的速度的关键就是遇冷空气的设计。

众所周知,涡喷发动机的推力完全是由气流进排的温度差产生,冷空气进入后燃料加热排出,从而形成推力,然而气流进入的速度太快很容易导致燃烧失败,因此对进入的气流进行减速是很有必要的,如若在高超音速的环境下对气流减速,由于能量守恒定律,这部分的能量定然会以另一种形式释放。而这些热量提高了发动机进气的温度,会降低发动机进排气的温度差,从而导致发动机推力大大下降,因此需要预冷空气的设计来降低涡前温度。

我国在这一技术路线方面的研究也已经取得了突破性进展,今年五月份我国公布的全国创新争先奖获奖名单中,就有空气强预冷研发团队。

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另一种技术路线是超燃冲压发动机和火箭发动机的结合,超燃冲压发动机是高超声速飞行器的理想动力,也可应用于空天飞机在大气层中的飞行动力。它可以在超音速环境下强行点火,将飞行器速度提升至5马赫以上。我国在这一方面的研究进展也很顺利,目前已经能够做到持续工作600秒之久。

这次我国首飞成功的发动机是哪一种呢?文章并没有具体提及,但既然我国已在空天发动机领域取得重大突破,也就意味着中国距离空天飞机真正“一飞冲天”只剩一步之遥!