超越美國了嗎?西工大成功試射飛天一號火箭，衝壓發動機有多厲害

7月4日，我國西北工業大學的航天學院空天組合動力創新團隊牽頭研製的“飛天一號”火箭衝壓組合動力成功發射升空。很多人乍看之下以為只是另一枚普通的火箭，但其實這裏面暗藏玄機。

(圖片説明:飛天一號)

實際上，這枚火箭的動力系統來自煤油燃料火箭衝壓組合循環發動機，簡單來説，就是衝壓發動機。本次實驗中，西工大順利地實現了多項技術突破，也創造了許多世界首次。那麼，衝壓發動機到底是什麼呢?它到底有多厲害呢?

早在1913年的時候，法國工程師雷納·勞倫就提出了衝壓發動機的概念。雷納設想:這種發動機吸入的氣流會在發動機內減速並實現增壓，然後再進入燃燒室與燃料混合燃燒，燃燒產生的氣體通過尾噴管膨脹加速向後排出，從而產生強大的推力。

(圖片説明:飛天一號試射成功)

衝壓發動機，全稱叫作衝壓噴氣式發動機，不過不要誤會，它和普通的噴氣式發動機並不一樣。衝壓發動機是噴氣式發動機中的一種，不攜帶氧化劑，從空氣中吸取氧氣進行燃燒。普通的噴氣發動機是通過多級風扇的旋轉來壓縮空氣，而超壓發動機則是利用涵道面積的變化來實現壓縮空氣的目的。

超壓發動機又分為超燃衝壓發動機和壓燃衝壓發動機，其中前者的整個發動機內的氣流都是超音速的，而後者需要先把空氣速度降低到音速以下才能進行燃燒。

(圖片説明:噴氣發動機和衝壓發動機)

超燃衝壓發動機和壓燃衝壓發動機沒有絕對的優劣，它們只是適合不同的情況。而且有的情況下，衝壓發動機不僅僅需要一種狀態，所以需要採用不同的模態。

比如雙模態衝壓發動機，燃燒室可以分別工作於亞聲速燃燒狀態、超聲速燃燒狀態或超聲速燃燒/亞聲速燃燒/超聲速燃燒狀態。根據西北工業大學的公告，飛天一號火箭就成功驗證了煤油燃料火箭衝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。

(圖片説明:西北工業大學的公告)

除了雙模態衝壓發動機之外，還有一種超燃衝壓發動機研究比較多，那就是雙燃燒室衝壓發動機。這種衝壓發動機同時具有亞燃衝壓和超燃衝壓雙循環的能力，這樣可以通過亞燃衝壓發動機點燃超燃衝壓發動機來解決煤油燃料的點火和穩定燃燒等問題。

不論是哪一種狀態，衝壓發動機由於不需要攜帶沉重的氧氣罐，飛行器都可以變得更小、更輕、更快。

俗話説得好:天下武功，唯快不破。多年以來，世界各國一直在競相研究更快的武器。在擁有了超音速武器之後，又紛紛開始投身於高超音速武器的研發之中。

一般來説，飛行速度超過6倍音速(每秒超過2公里)的武器，就叫做高超音速武器。高超音速武器又分為幾類，比如我們之前介紹過的高超音速導彈，還有高超音速飛行器等等。而吸氣式超燃衝壓發動機技術，可以在高超聲速巡航彈、高超聲速飛機、天地往返空天武器等許多方面大顯神威。

(圖片説明:法國曾在Leduc-010飛機上進行了衝壓發動機的飛行試驗)

實際上，在衝壓發動機概念被提出的二十多年時間裏，它一直都僅僅停留在概念層面上。1935年，法國工程師雷內·萊杜克完成了世界上首次衝壓發動機地面點火試驗，證明了這種發動機確實可以成為人類的推進器，世界各國也競相開始了衝壓發動機的研究。

衝壓發動機研究歷史比較久的，還當屬美國。從上個世紀40年代開始，美國就開始研究這種推進器了，並且在60年代已經給一些導彈裝備了液體衝壓發動機，其速度可以達到音速的2.0~3.0倍。

(圖片説明:裝備了液體衝壓發動機的“波馬克-B”地對空導彈)

直到今天，美國在衝壓發動機方面的水準仍然是世界上最強的。最著名的就是X-43系列高超音速飛機，甚至達到了9.8馬赫的最大速度，也就是每秒3公里，其飛行高度也可以達到32000米!

當時能夠和美國抗衡的，自然就是前蘇聯。從上個世紀50年代開始，前蘇聯也開始了漫長的衝壓發動機研究過程，也讓“SA-4”地空導彈超過了2.0馬赫。蘇聯解體後，俄羅斯繼承了研究成果，如今的研究水平也處於世界前列。

除了這兩個國家之外，法國、德國、日本乃至我們的鄰國印度，都在進行着衝壓發動機的研究。當然了，印度方面的研究成果我們可以區別對待，畢竟他們口中説的重大技術突破，其實只工作了5秒鐘……

我國在衝壓發動機方面的研究起步其實也不算太晚，最早也可以追溯到1957年。當時倡導進行這方面研究的，正是我國的兩彈一星功勳獎章獲得者、空氣動力學家錢學森。包括高超音速導彈所採用的彈道，也是他所提出的錢學森彈道。

不論是學術水平還是愛國之情以及長遠的眼光，錢學森對我國的軍事發展都起到了極其重要的作用，怪不得美國當初説錢學森抵得上一個師。從這方面來講，一個師都遠遠不能衡量錢學森的偉大貢獻。

1957年，我國組建了衝壓發動機研究室，即今天的北京動力機械研究所的前身。當時，我國在這方面的研究完全是一片空白，只有梁守盤院士手繪的一張原理圖。

但就是在這樣的情況下，我國於1960年為自己的第一台衝壓發動機點火，並且在1969年取得首型衝壓發動機飛行試驗的成功，成為了當時世界上僅有的幾個掌握衝壓發動機技術的國家。

到了今天，我國在衝壓發動機方面的研究可以説具有了相當的實力，這要感謝老一輩科學家的付出。但不得不承認的是，我們仍然和美國有一定的差距，並且世界各國在該領域仍然有許多難關需要攻克。

我國也不止有西北工業大學的科學團隊在進行這方面的研究，就在今年1月24日，清華大學航天航空學院王兵教授團隊成功試射了清航·大興號”兩級火箭，實現了“發動機進氣道實現高效吸氣”，再一次證明了我國在該領域的領先地位。

相信有這些科學家的辛勤付出，我國在衝壓發動機領域的研究還將取得更多的突破，並且在未來超越美國。#西工大飛天一號火箭成功發射#