西工大又整大活了!飛天二號:高超加上馭波,美國連尾燈都看不到了人生第一份工作
作者: 小周 2025-06-27 11:39:36
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整大活了!飛天二號:高超加上馭波,美國連尾燈都看不到了2025-06-2711:12·星辰大海路上的種花家6月23日，西工大在官方公眾號發布了一個并不是特別引人矚目的消息，稱西北工業大學空天組合動力團隊牽頭研制的“飛天二號”試驗取得了圓滿成功，文章配圖是一個看起來有點怪異的飛行器，熟悉西工大深厚技術功底的網友一看就知道這玩意兒不簡單，絕對是一種高性能的飛行器。早在2022年西工大航天學院空天組合動力創新團隊就試飛了“飛天一號”，兩款飛行器看起來似乎是繼承發展的延續型號，但從空氣動力學角度來看卻大相徑庭，這兩種飛行器到底有什么區別，為什么常見的高超飛行器都是光禿禿的，飛天二號卻又那么多“翅膀”？飛天二號：這個動力結構有點拗口都說字數越少事越大，這次西工大發布的字數不算少，但絕對也能算的上多，基本上已經把能壓縮的水分已經擠干了，剩下的就只有純純的干貨：2025年6月23日，由西北工業大學空天組合動力團隊牽頭研制的“飛天二號”在西北某地開展了試飛試驗，國際首次獲得了煤油/過氧化氫推進劑火箭沖壓組合動力的變結構進氣、變推力加速、變攻角自主飛行等科學數據，試驗取得成功。這個描述主要的是動力類型，描述是“煤油/過氧化氫推進劑火箭沖壓組合動力的變結構進氣、變推力加速、變攻角”，這個描述中的信息含量有點高：燃料類型：煤油和過氧化氫，屬于常規常壓常溫燃料這個意義比較大，因為在高超音速飛行器中，很多測試用的高超音速飛行器大都用的是液氫，因為氫這種燃料在高超音速發動機中點火以及火焰穩定性要比碳氫燃料（一般都指的是航空煤油類燃料）要穩定得多，簡單的說就是比較容易已實現，同時還可以用液氫對進氣進行降溫實現預冷，可以在更高的壓縮比下工作，能實現10馬赫左右的速度飛行。這種發動機優點不少，但問題很大，液氫保存時比較困難的，加注后必須要盡快發射使用，要不然液氫這玩意兒不太容易保存。體積也比較大，同時燃料箱結構也比較重，在民用上使用比較方便，但在軍用時要求24小時戰斗值班隨時發射的武器來說，液氫實在也有點勉為其難，所以目前軍用上主要突破大都是煤油作為燃料。發動機類型：火箭沖壓組合動力的變結構、變推力這種發動機是什么類型？估計很多人都懵圈了，從這個描述來看，應該是屬于RBCC的一種，也就是火箭基組合循環發動機，大致結構包括亞燃/超燃動力燃燒室+引射火箭，這種動力結構比較奇怪，簡單地說就是在沖壓燃燒室內塞進去一枚液體火箭，這種發動機的工作原理是這樣的：零速度啟動：解決沖壓發動機最麻煩的問題沖壓發動機結構簡單推力很大，工作速度范圍廣，性能非常優秀，但這種發動機有一個致命缺點就是就是無法零速度啟動，引射火箭解決了這個問題，這種模式還比純火箭模式更節省燃料。這個模態估計很多網友都無法理解，不要急，繼續往下看：引射火箭工作示意圖引射火箭在燃燒室內啟動后，會帶動大量氣流穿過燃燒室從而形成吸氣模態，此時在后方的沖壓燃燒室內再噴入燃料，就會形成一種引射燃燒模式，火箭只起到了是一個“火焰穩定器+吸氣”的作用，大部分動力將由引射模式后注入的燃料燃燒產生。亞燃超燃模態平穩過渡：完美解決推力陷阱沖壓發動機還有另一個問題，只要不是一次性推進到5馬赫以上啟動沖壓發動機的都有一個非常嚴重的問題，沖壓發動機有兩類，一類是超燃沖壓，燃燒室氣流速度超音速；另一類是亞燃沖壓，燃燒室速度亞音速，亞超燃一體的發動機，會從亞燃沖壓過渡到超燃沖壓的模態轉換。按理來說就是不斷“踩油門”就行，但亞燃到超燃模態轉換有個很麻煩“推力陷阱”問題，就是隨著速度上升推力反而下降，甚至還可能喘振熄火，導致亞燃沖壓發動機始終難以成功切換到超燃沖壓模式，在沖壓燃燒室內設置一臺引射火箭可以完美解決這個問題。在推力陷阱時開啟引射火箭，穩定燃燒并增加推力，助力亞燃向超燃過渡順利完成模態轉換，等到超燃模態穩定燃燒后，引射火箭再退出“助力”模式，同時由于引射火箭的存在，這種發動機還可以反復在超燃和亞燃之間轉換，可以完成超高速或者超遠程兩種飛行狀態。不知各位有沒有留意到，在描述這臺飛行器的動力為“煤油/過氧化氫”，煤油就是燃料，而過氧化氫就是氧化劑，這個過氧化氫就是給引射火箭用的，因為工作在火箭模式需要氧化劑+燃料。這個引射火箭增加了機構復雜性，但卻解決了一個無法解決的“推力陷阱”難題，也是非常劃算的。非常特殊的空氣動力學結構從西工大的報道中公開的另一個最重要特征就是其機身上氣動結構與各種翼面，這次的氣動結構與美國曾經測試過的X-51A非常相似，當然這個不是關鍵，因為種花家在此前的文章中就描述過X-43A結構會造成不可控的額外升力，尾噴口因為尾部單邊擴張會造成俯沖，發動機工作時會造成升力不可控制，滑翔時需要很大的超音速配平比例。所以西工大選擇與X-51A的結構一點都不一樣外，畢竟大老美已經驗證過了，抄作業誰不會啊！當然另一個氣動結構就是氣動翼面，這個氣動翼面看上去也很怪異，既存在迎角，又存在下反角，為什么要設計成如此怪異的氣動翼面？答案很有可能是利用激波增升，類似于高壓捕獲翼，能捕獲來自機腹兩側劈開的激波。不過這個與此前論文中的高壓捕獲翼還是有點差別，或者說用馭波飛行來描述可能會更貼切一點。激波是一種壓縮波，有很大的能量，破壞力很強，但將激波捕獲并且讓其“托起”飛行器能獲得更大的升力，這也算是是“廢物利用”。駕馭激波可以讓飛行器獲得更高的升阻比，或者能達到更大的載荷，適當控制也可以讓其在燃料耗盡后獲得更遠的滑翔距離，也就是說將吸氣式高超音速武器即可轉變為滑翔高超，不過各位可別這樣理解，這個只是描述它可能會有很好的高超音速滑翔機動性能。美國的高超發展很早：為什么現在還沒起色？飛天二號這類屬于吸氣式高超音速飛行器，上文已經說明X-43A和X-51A也屬于這類飛行器，美國的測試分別是在2004年和2010年試飛成功，同類飛行器比中國要早很多，為什么后續沒有繼續發展？原因之一即使在后續測試中多次失敗，估計取得數據并不全面，導致后續研發進展極度緩慢。另一個因素是美國軍方貪大求全，滑翔高超和吸氣式高超同步發展，上了十幾個方案，結果一個都沒成，滑翔高超據說因為風洞不給力，吹不出完整飛行包線內的飛行器表面湍流數據，模擬差別太大了，滑翔測試屢屢不成功，另一個據說是高溫透波材料搞不定，導致高超飛行器表面加熱后通訊效果極差，一直到現在還是屢敗屢測、屢測屢敗的狀態。美國做了很多漂亮的PPT中國當時定下的目標很明確，先突破滑翔高超，WU-14在2014年就首飛了，成功之后馬上轉成了生產力，2017年DF-17就裝備了，2019年70周年閱兵式上正式亮相，之后各種滑翔高超花式展示。吸氣高超也早就規劃上了，國內多個研究所以及大學都在做吸氣高超，西工大這個只是公開的版本而已，沒有公開的都不知道搞成啥樣了。飛天一號和飛天二號，到底有什么區別對西工大2022年飛天一號有點記憶的朋友，應該會很好奇，這一號和二號到底區別在哪里？二號的發展算是到了什么層次了？一號的模式為什么沒有再繼續下去？一號的官方報道描述：驗證煤油燃料火箭沖壓組合循環發動機火箭/亞燃、亞燃、超燃、火箭/超燃的多模態平穩過渡和寬域綜合能力，突破了熱力喉道調節、超寬包線高效燃燒組織等關鍵技術二號的官方報道描述：首次獲得了煤油/過氧化氫推進劑火箭沖壓組合動力的變結構進氣、變推力加速、變攻角自主飛行等科學數據，這兩種發動機都用了火箭基組合循環發動機（RBCC）。飛天一號驗證了煤油燃料火箭沖壓組合循環發動機火箭/亞燃、亞燃、超燃、火箭/超燃的多模態平穩過渡和寬域綜合能力。飛天二號則在動力系統上更進一步，其發動機有4種模態，可根據速度切換不同的模態，覆蓋從低速到高超音速的全域范圍，并且實現了煤油/過氧化氫推進劑多模態飛行和實用化組合動力。飛天二號還通過熱力喉道調節技術優化引射效率，減少了推力震蕩除了發動機外就是氣動布局上的差別，飛天一號采用楔形乘波體和下顎進氣道設計。飛天二號在繼承飛天一號外形的基礎上，增加了一對較大的下反水平主翼和一對翼展較小的斜垂尾，這使其能夠實現變攻角自主飛行，在高超音速飛行時可靈活“抬頭”或“低頭”，增強了突破對方防空反導系統的攔截概率。一個非常明顯的特征是飛天二號在頭部測試飛行器與火箭位置設計了斜向噴口，這表示飛行器在分離前就已經點火了，可以在助推器動力范圍內進行各種測試，這個也表明這次測試應該是技術驗證概率比較高，或者是確保點火成功后再分離的一個設計。哪種飛行器更有前途？二號長射程，高超音速變速度一號和二號哪種更優秀？當然是二號了，理由很簡單，二號可以在“根據速度切換不同的模態，覆蓋從低速到高超音速的全域范圍”，很多朋友可能會認為高超音速武器么速度越高越好，但卻不知道高速和射程是兩個矛盾的東西，速度越高，射程越短！阻力與速度平方呈正比，跨音速與高超音速的激波效應還會使阻力非線性激增，所以現代武器在需要射程與速度兼顧時可以使用巡航（中低速）、突防（超高速）兩種結合，并且在途中可以自由切換，比如感知到攔截時就切換到超高速，到末端突防時也用超高速，這樣就能滿足速度與射程之間的矛盾。飛天二號是想快就快，射程還能更遠，同時機翼的馭波設計，能讓載荷更大，無動力滑翔下升阻比更高，簡單的說就是飛天一號比較傾向于技術驗證，而飛天二號則側重于實用驗證，就是二號更接近于實用階段。種花家已經很久沒有分析高超音速技術了，但看到飛天二號這個還是忍不住要水一篇，各位網友如果有問題可以在留言區一起探討下。
另一個因素是美國軍方貪大求全，滑翔高超和吸氣式高超同步發展，上了十幾個方案，結果一個都沒成，滑翔高超據說因為風洞不給力，吹不出完整飛行包線內的飛行器表面湍流數據，模擬差別太大了，滑翔測試屢屢不成功，另一個據說是高溫透波材料搞不定，導致高超飛行器表面加熱后通訊效果極差，一直到現在還是屢敗屢測、屢測屢敗的狀態。美國做了很多漂亮的PPT中國當時定下的目標很明確，先突破滑翔高超，WU-14在2014年就首飛了，成功之后馬上轉成了生產力，2017年DF-17就裝備了，2019年70周年閱兵式上正式亮相，之后各種滑翔高超花式展示。吸氣高超也早就規劃上了，國內多個研究所以及大學都在做吸氣高超，西工大這個只是公開的版本而已，沒有公開的都不知道搞成啥樣了。飛天一號和飛天二號，到底有什么區別對西工大2022年飛天一號有點記憶的朋友，應該會很好奇，這一號和二號到底區別在哪里？二號的發展算是到了什么層次了？一號的模式為什么沒有再繼續下去？一號的官方報道描述：驗證煤油燃料火箭沖壓組合循環發動機火箭/亞燃、亞燃、超燃、火箭/超燃的多模態平穩過渡和寬域綜合能力，突破了熱力喉道調節、超寬包線高效燃燒組織等關鍵技術二號的官方報道描述：首次獲得了煤油/過氧化氫推進劑火箭沖壓組合動力的變結構進氣、變推力加速、變攻角自主飛行等科學數據，這兩種發動機都用了火箭基組合循環發動機（RBCC）。飛天一號驗證了煤油燃料火箭沖壓組合循環發動機火箭/亞燃、亞燃、超燃、火箭/超燃的多模態平穩過渡和寬域綜合能力。飛天二號則在動力系統上更進一步，其發動機有4種模態，可根據速度切換不同的模態，覆蓋從低速到高超音速的全域范圍，并且實現了煤油/過氧化氫推進劑多模態飛行和實用化組合動力。飛天二號還通過熱力喉道調節技術優化引射效率，減少了推力震蕩除了發動機外就是氣動布局上的差別，飛天一號采用楔形乘波體和下顎進氣道設計。飛天二號在繼承飛天一號外形的基礎上，增加了一對較大的下反水平主翼和一對翼展較小的斜垂尾，這使其能夠實現變攻角自主飛行，在高超音速飛行時可靈活“抬頭”或“低頭”，增強了突破對方防空反導系統的攔截概率。一個非常明顯的特征是飛天二號在頭部測試飛行器與火箭位置設計了斜向噴口，這表示飛行器在分離前就已經點火了，可以在助推器動力范圍內進行各種測試，這個也表明這次測試應該是技術驗證概率比較高，或者是確保點火成功后再分離的一個設計。哪種飛行器更有前途？二號長射程，高超音速變速度一號和二號哪種更優秀？當然是二號了，理由很簡單，二號可以在“根據速度切換不同的模態，覆蓋從低速到高超音速的全域范圍”，很多朋友可能會認為高超音速武器么速度越高越好，但卻不知道高速和射程是兩個矛盾的東西，速度越高，射程越短！阻力與速度平方呈正比，跨音速與高超音速的激波效應還會使阻力非線性激增，所以現代武器在需要射程與速度兼顧時可以使用巡航（中低速）、突防（超高速）兩種結合，并且在途中可以自由切換，比如感知到攔截時就切換到超高速，到末端突防時也用超高速，這樣就能滿足速度與射程之間的矛盾。飛天二號是想快就快，射程還能更遠，同時機翼的馭波設計，能讓載荷更大，無動力滑翔下升阻比更高，簡單的說就是飛天一號比較傾向于技術驗證，而飛天二號則側重于實用驗證，就是二號更接近于實用階段。種花家已經很久沒有分析高超音速技術了，但看到飛天二號這個還是忍不住要水一篇，各位網友如果有問題可以在留言區一起探討下。