高超音速航天器外媒 飞行速度达每秒10倍音速

时隔7年，美国再次翻出X-51A技术，也说明该飞行器仍然具备一定的优势，能够作为大气层内高速飞行的技术基础。超燃冲压发动机技术完全可以达到10倍音速以上的速度，目前中美俄三国都在研发该技术，第一个研发出该技术的国家将改变入轨的模式，可重复使用能力比运载火箭更好。

出品：太空伊卡洛斯

航空工业被认为是大国科技实力的标志，其涉及材料、气动、发动机、热能等技术，基础科学是否扎实，在航空领域可以全面体现出来。能够研发火箭的国家比较多，比如伊朗、日本，都有自己的火箭技术，但是不代表在航空领域它们就一定先进。地球的大气层是个稠密的介质，要想在大气层内飞得又快又稳，考验着各国的航空人。

图注：XB-70超音速航空器，飞行速度为3马赫，采用的就是乘波体技术

图注：X-51A最高飞行速度达到6马赫，将超燃冲压发动机技术与乘波体技术结合，形成了秒速达到6马赫以上的飞行器

火箭技术不需要在大气层内长时间飞行，只要发动机给力就能进入轨道，之后就开始漫长的轨道之旅，不需要过于在乎气动上的问题。那么如何才能在大气层内飞得又快又稳，传统的机翼肯定无法实现，于是西方工程人员开发出来乘波体技术。乘波体的概念最早来自再入大气层的飞行器设计，这是一种具有低翼载荷的三角翼，翼尖稍微下垂，这样下表面上流动的气流会聚集在翼下，形成升力。

美国在上个世纪冷战期间设计了XB-70超音速航空器，飞行速度为3马赫，采用的就是乘波体技术。1990年代，美空军开始推进高超音速计划，积累了以碳氢燃料为基础的超然冲压发动机技术，研发出SJX61发动机。2005年用到了X-51A无人飞行器上。X-51A最高飞行速度达到6马赫，将超燃冲压发动机技术与乘波体技术结合，形成了秒速达到6马赫以上的飞行器。2013年，X-51A项目中止，标志着从2004年开始、耗资3亿美元的技术示范计划中止，美国也获得了超燃冲压发动机技术与乘波体技术储备。

图注：超燃冲压发动机进气道正在测试中

图注：X-51A上的超燃冲压发动机气流流场图

图注：超燃冲压发动机技术正在进行测试

从X-51A的气动来看，为长扁平状，这是乘波体技术的标志，头部非常扁平，中部有4片小翼可以偏转，进气道位于机腹位置。扁平的前缘可产生激波系三维超音速流，这样可以实现6马赫以上的飞行速度。2020年，美国计划恢复超燃冲压发动机技术与乘波体技术，牵头机构依旧国防部高级研究计划局，计划用来拦截高超音速导弹。时隔7年，美国再次翻出X-51A技术，也说明该飞行器仍然具备一定的优势，能够作为大气层内高速飞行的技术基础。乘波体的优势比较明显，其上表面与自由流场平行，阻力很小，下表面可形成高压，这就是升力的来源。下表面产生的激波高压不会窜到上表面，因此升阻比是非常高的。上下表面流场不存在干扰，这就大大简化了飞行器的设计，如果将超燃冲压发动机技术结合，那么可以研发出大气层内飞行的高超音速飞行器。

在军用角度，该技术可以研发出高超音速导弹，不仅射程远，速度也很快。如果在民用领域，可以研发出空天飞机，第一级动力结构为涡轮-超燃双模态冲压发动机，第二级为火箭，这样可以将第一级进化为大型载机平台，可以在普通的机场起降。

图注：两级入轨的飞行器概念图

毕竟吸气式超燃冲压发动机可以利用空气进行燃烧，涡轮发动机用于起飞时低速飞行。第二级为火箭级，可以让航空器在一定高度释放后进入轨道，这种模式比航天飞机更加靠谱，主要优势是：第一，不需要使用火箭发射场，可以在各大机场就能起降，比较灵活；第二，第二级火箭级需要在一定高度上释放，大大提升了重复使用的能力，不像航天飞机那样需要巨大的燃料箱；第三，可以携带更多的载荷进入轨道，成本可以更低，这就比航天飞机更有性价比了。超燃冲压发动机技术完全可以达到10倍音速以上的速度，目前中美俄三国都在研发该技术，第一个研发出该技术的国家将改变入轨的模式，可重复使用能力比运载火箭更好。