宇宙最新超音速飞行器（洛克希德或证实暗星高超音速飞机存在）

洛克希德·马丁公司官方推特的一条推文非常值得关注，其是这样写的：

An Enduring Legacy | A Disruptive Future

不朽的遗产 |颠覆性的未来

A need for speed connects the SR-71 and conceptual Darkstar aircraft that our Skunk Works® team developed for the big screen.

对速度的需求将SR-71和我们Skunk Works ®（臭鼬工厂）为荧幕开发的概念性Darkstar飞机联系起来。

似乎以一种非常隐晦的方式在告知大家，出现在《壮志凌云2》中的“暗星”高超音速战斗机或可能真的存在，并且是“臭鼬工厂”设计的，它的性能究竟如何？10倍音速又是如何实现的？

《壮志凌云2》中的“暗星”战斗机：情节合乎逻辑吗？

对《壮志凌云2》中以F/A-18和F-14连续干掉SU-57的情节我们就不评价了，这个大家心里都有数，不过在开头阿汤哥饰演的彼得·米歇尔上校驾驶的“Dark Star”却非常感兴趣，尽管只有短短的几分钟，但却让大家看得十分过瘾。

暗星：从起飞到10马赫，再到解体，逻辑上是否行得通？

影片开始没多久，暗星就出场了，这架小展弦比的飞行器有一个非常尖锐机头，两侧机翼各中置一台发动机，米歇尔上校启动发动机后直接将节流阀推到底，发动机应该是处在了加力燃烧状态，尾喷口喷出长长的尾焰，在臭鼬工厂的基地的跑道上滑行了很长距离才起飞。

从跑道尽头小角度起飞时，差点将跑道尽头的一个值班室房顶掀飞，军少将切斯特·肯恩的司机被吓得抱头躲在车旁，这是致敬《壮志凌云1》中的镜头！

米歇尔上校驾驶飞机以一个比较大的迎角爬升，这表示这架飞机的剩余动力比较充足，然后逐渐将速度拉到3.5马赫以上，这表示是音速的3.5倍。从涡轮引擎转向超燃冲压引擎时影片没交代转换速度，但前文有个3.5马赫，可能就是这个速度。

升起进气道隔板，气流从涡轮引擎转到了超燃冲压发动机部分，这个引擎启动后暗星的速度刷刷地往上提，很快速度就上升到了7.1马赫，机体前部也开始发红，这是高超音速下激波加热的结果。

最终暗星飞行器的速度稳定在10马赫，控制室内一片欢呼，但很快大家的笑容凝固了，因为米歇尔上校还在操作超燃冲压发动机的节流阀，速度10.1、10.2、10.3.......突然暗星飞行器机身振动起来，然后很快就失去了监控信号，夜空中开出了一片美丽的火花，暗星机体无法承受如此高速下带来的振动，解体了。

镜头切换到了地面，米歇尔上校穿着飞行服跌跌撞撞地站在路边，回了回神，摇摇晃晃走进了酒吧，这表示他弹射成功了！

逻辑上基本正确，但弹射跳伞有问题

刚开的滑行距离很长，有人认为这飞机动力这么强劲，应该早就起飞了，还有朋友认为是为了安排跑道尽头的那一下冲击才那么长，事实上这个情节还基本算合理的。

因为这架飞机打算是10马赫速度，在这个速度下产生升力的不是常见的机翼升力为主，而是产生的激波，也就是美军此前曾有过的“驭波者”，骑在激波上飞行，这种以激波升力为主的飞行器在低速下空气动力的升力是很差的，因此需要长长的跑道加速到足够速度才起飞也是可以理解。

另一个问题是中途切换高超音速方式是切换发动机隔板，这表示装了两种类型的发动机，分别应对低音速和高音速，启动到低音速是涡轮引擎（可能是涡喷引擎，也可能是变循环引擎），然后是超燃冲压发动机，因为能作为高超音速动力的，超燃冲压发动机是位数不多的其中一种。

最后的跳伞基本是不合理的，但也不能算是BUG，因为这次跳伞没有画蛇添足设置镜头，在如此高音速下跳伞，必须连整体座舱脱离后，减速到低音速或者亚音速后再二次弹射开伞，而且必须要有足够的强度，否则在10马赫的速度下绝大部分结构都可能解体。

假如人体直接跳伞暴露在10马赫的气流中，无疑和10层楼往下跳也差了不大，人体是断然无法承受如此冲击的，但《壮志凌云2》没有交代这个情节，尽管不合理但也不算大的BUG。

“暗星”战斗机：10倍音速究竟如何实现？

尽管《壮志凌云2》中“暗星”飞行器基本符合逻辑，但并不表示符合科学，因为使用常规燃料的超燃冲压发动机速度基本在6~7倍音速，达到10倍以上根本就不可能！

暗星飞行器：现实中对应的是SR-72？

在WIKI《壮志凌云2》页面中的“暗星”飞行器连接直接指向到了SR-72的页面上，这是洛克希德再2013提出的高超音速无人机概念，不过据网传的消息2007年前就开始了，其用途是情报、监视和侦察(ISR)，未来服役时间可能是2025年。

SR71与J58发动机：变循环发动机工作原理

SR-72的前身是1964年12月22日试飞成功的SR-71，这架在当时看来绝对属于变态的飞机，其最高速度可达3.32马赫，最高升限为25.9千米，最大航程为5400千米，这个速度，当时的防空导弹都要快追不上了，所以SR-71曾经犹如无人之境一样出入前苏联领空。

SR-71装备的就是普惠公司开发的J-58第一代变循环发动机，这款发动机识别度非常高，各位看到过的应该是如下印象深刻的照片：

这两张图片都是J58变循环发动机打开加力时的状态，尾喷管已经被烧红，大家也经常用它来作为SR-71澎湃动力的标志，但其实SR-71的整机推重比很差，大概只有0.382左右，能达到如此高音速只是气动设计结果和发动机的原因。

SR-71的机身就不用说了，大家都能看到，如此修长且反常识的气动外形，臭鼬工厂的工程师脑袋真是开挂了，然而除了气动外形外，普惠的J-58变循环发动机自然要算最大的功臣，各位看到这台发动机时一定不明白这几根管子是干嘛的：

这几根管子的作用是将第四级涡轮的高压气流引出送入加力燃烧室，它的工作过程是这样的：在2.2马赫以下时与常规的涡喷发动机没有两样，但到了2.2马赫以上时涡轮成为了阻碍发动机推向更高速度的障碍，因此直接将部分气流通过6根旁通管注入加力燃烧室，避免加力燃烧室在高温下融化，改善了极速下的发动机工况。

有人将这种工况理解为冲压模式，其实根本不是，它也无法突破涡喷的极限速度，之所以叫做变循环是因为在它可以在局部改善发动机的涵道比，但并非彻底改变工况，它仍然是一台涡轮机带动的引擎，包括目前最新的发动机比如通用的GE XA100和惠公司XA101。

这两种发动机比J-58更彻底，通过在不同压气级位置引出气流，流向冷却发动机的外涵道（涡扇状态），或者进入加力燃烧室，可以在低速时工作在比较大涵道比的涡扇发动机状态，此时发动机工况是大推力省油，而在随着速度提高，则慢慢切换成小涵道比的涡扇直至0涵道比的涡喷状态，此时发动机的工况是极速。

但涡轮是涡扇还是涡喷，都有一个高速的障碍：作为压缩空气用的涡轮，因此涡喷的极速达到3马赫后也很难往上走了，要更高的速度，必须拿掉涡轮，这就是冲压发动机或者另一种爆震发动机的时代了。

SR72与发动机：超燃冲压还是爆震发动机？

2006年开始，洛克希德就和Aerojet Rocketdyne在HTV -3X的基础上开发吸气式超燃冲压发动机，SR-72的使用的是TBCC系统，这是涡轮发动机 冲压发动机的结构缩写，它的工作过程是这样的，零速度下涡轮发动机启动（可能是涡喷发动机，也可能是变循环发动机），等到2~3倍音速后切换成亚燃冲压直至超燃冲压发动机（亚燃和超燃的区别是燃烧室的气流速度）。

两台发动机使用同一个进气道和尾喷管，只是在不同速度的时候自动切换进气道和尾喷管，因此在《壮志凌云2》中的隔板切换也基本符合逻辑，但就如前文所述，超燃冲压发动机有一个毛病，当速度越来越高时吸气时超燃冲压发动机燃烧室前的空气温度过高，与排气温度差距太小，造成推力不足，要达到更高速度，预冷超燃冲压发动机出现了。

发动机理想的燃料是碳氢燃料，比如航空煤油，因为成本低加油方便，但预冷超燃冲压发动机的理想燃料是液氢，它的预冷超级牛逼，因此从液氢的超燃冲压发动机最高速度可达12马赫，但碳氢燃料的超燃发动机只能达到6~7倍左右。

氢燃料和碳氢燃料配合不同发动机的速度范围

SR-72的设计指标是6倍音速，因此我们有理由相信这是使用碳氢燃料的发动机，也有可能用的和SR-71这种特殊配置的碳氢燃料，假如要实现更高的速度，只能使用氢燃料，但这种燃料实在有点麻烦，因为要低温保存，而且还存在泄漏问题。

爆震发动机也存在局限性

无论是涡喷还是涡扇，又或者变循环与亚燃冲压发动机，燃烧的方式都是爆燃，是等压燃烧，也就是说这是一个半封闭的开放空间，压力太高就会泄压，这种类型叫做等压燃烧，燃烧速度极限低于音速，这两个问题都会导致速度难以进一步提高。

而爆震发动机是在空气与燃料混合后的“爆炸”，爆轰波传播速度可以轻易超过音速，比如随便混合的天然气爆轰波速度就会超过1400米/秒，在超音速气流通过燃烧室内支撑燃烧并没有问题，而且瞬间的高压远超等压燃烧的发动机，这种工况可以近似为等容燃烧，排气速度更高，也支持更高的气流通过燃烧室。

因此爆震发动机也是适合高超音速下工作的，不过使用碳氢燃料的爆震发动机同样会受到高超音速的局限，使用氢燃料速度可以更高，目前比较可能成功的有两类，一类是旋转爆震发动机，其各国突破的并接近实用程度的更高一些。

还有一类是斜激波爆震发动机，这个和超燃冲压发动机工作的工况有些相似，超燃冲压发动机的燃烧室，据称也处在等容燃烧状态，否则这个还没烧就被排出燃烧室了。这个斜激波爆震发动机难度太高，据目前资料只有中国有突破，其最高速度可达14马赫以上，但到现在为止还只是在风洞中实现。

从SR-72的参数来看，大概率是超燃冲压发动机，不过美国在吸气式高超音速发动机在近几年才有写突破，想要在2025年前装备SR-72似乎还有些困难，但美国的变循环发动机确实突破了，据坊间传闻，我国的超燃冲压发动机要强于美国，但变循环发动机落后于美国。（完）

参考：

https://lockheedmartin.com/en-us/news/features/2022/lockheed-martin-movies.html

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