喷气式快艇发动机原理***_喷气式快艇发动机原理***讲解

摘要： 高超音速巡航导弹是如何做到高超音速的？高超音速巡航导弹是如何做到高超音速的？巡航导弹要实现高超声速巡航，首先需要符合两个条件，即乘波体气动设计的弹头和采用超燃冲压发动机。所谓乘波体...

1. 高超音速巡航导弹是如何做到高超音速的？

高超音速巡航导弹是如何做到高超音速的？

巡航导弹要实现高超声速巡航，首先需要符合两个条件，即乘波体气动设计的弹头和***用超燃冲压发动机。

所谓乘波体弹头，简单的说，就是利用自身产生的激波，提高其整体气动性能的弹头都可以称为乘波体弹头。什么是激波呢？激波就是超声速气体中的强压缩波；飞行器速度越快，产生的激波就越强。在高超声速飞行中，随着马赫数的升高，波阻和摩阻增加，就会形成升阻比“屏障”，而乘波体构型就是克服这一升阻比“屏障”的有效方法。乘波体飞行器在设计中，会尽量使激波附着在飞行器前缘上，波后的高压气体完全作用在飞行器的下表面，如果没有气体从飞行器的下表面泄漏到上表面，就可以获得较高的升阻比，从而大大提高飞行器的气动性能。就如飞驰的快艇，利用水的浮力一样，只要快艇不漏水，水的浮力让快艇飞驰就起着关键性的作用。

乘波体气动外形设计弹头的导弹目前有两种。一种是不需要发动机的滑翔式弹头，比如DF-17，***用的是钱学森弹道。另一种就是现在要说的高超声速巡航导弹弹头，这种弹头普遍***用的是吸气式乘波体构型。吸气式乘波体构型的飞行器一般***用变楔角楔形/椭圆锥形的乘波体气动外形设计，这种气动布局是根据冲压发动机所需的高温高压均匀来流，通过前体楔锥形面的优化设计，得到三个预压缩面的压缩角和长度等几何参数，以此为基础设计二维楔锥，并与椭圆锥相切以生成三维流场。以进气道唇口所需型面为基准，在该流场的三维激波组合中“刻”出乘波体下壁面，从而实现以发动机进气道性能为目标的乘波体反向设计，生成的乘波体不仅具有较高的升阻比，而且能提供发动机所需的均匀来流。

上图为俄美高超声速巡航导弹***用的气动外形效果图

吸气式乘波体与滑翔式乘波体不同，吸气式乘波体飞行高度比较低，一般在2～3万米左右。由于***用空气中的氧气作为氧化剂，从而节省飞行器内部空间来装载更多燃料，使飞行器飞行更远。当然，也有空气转化技术不过关***用自带氧化剂的飞行器，只能把飞行器做得更长而已，比如，俄罗斯“锆石”和美国X-51A，就是如此。

由于高超声速巡航导弹弹头***用超燃冲压发动机提供动力。超燃冲压发动机是一种以超声速燃烧为特点的冲压发动机，在高速时，需要超声速燃烧来保证其高效的燃料利用率，因此被称为超燃冲压发动机。由于超燃冲压发动机点火启动需要在飞行速度达到3马赫以上的条件下才能实现；所以，高超声速巡航导弹需要火箭助推器发射提供初速，火箭发射速度逐步达到3马赫以上时，超燃冲压发动机即点火启动，同时与火箭助推器分离，弹头在超燃冲压发动机的动力推动下，利用乘波体气动外形的优势，从而使弹头实现理论速度达到6～25马赫之间。由于巡航导弹需要具备高精度、高机动变轨能力，一般不会***取太高的速度，为了满足打击精度，一般速度设定在6～10马赫之间，速度太快反而机动变轨能力差，不适合打击机动目标。

高超音速一点事儿，说起来不复杂，实现起来很难。大都使用的是冲压喷气发动机，冲压高速气流，进入燃烧室混合燃烧，产生高温高压气体，向后喷出产生反推力，而做功，越来越快，就能达到5倍音速以上，即每小时6000公里以上，按此速度，从上海到***，要不了30分钟。

2019年，俄罗斯率先打造出“先锋”导弹，不等有人咨询，其专家就介绍道，在2000摄氏度的高温气体作用下，什么材料还不得化了呢，然而俄罗斯的那些材料做得到，不说别的，仅此一项，没有几人能做到。

世间的道理就是这样，说起来简单做起来难，美国不乏先进的航空发动机，其技术寿命，都要比俄罗斯的要强，长期独占第一阵营，无人能及，像下一代战斗机的变循环发动机，已经研制成功多年，其核心机已经达到了第七代，而在绝大多数国家，连三代都费劲，这就是差距。

明明所有技术构造，都摆在那，生生就突破不了，莫之奈何。美国的高超音速导弹，研制型号好几款，什么X-51等，林林总总加在一起好几款，至今未能完成技术突破，被网友戏称为起了一个大早，赶了一个晚集，话说说好的一小时打遍全球呢？因此做人还是低调点好，在没有实现之前，别那么大张旗鼓，不过，美国的策略，路边上赖蛤蟆趴在脚面上，没危险也是蛮吓人的，吓人一跳，正中其招。

现在高超音速武器成为各大国竞相研发的镇国利器之一。如我国的东风-17、俄罗斯的“匕首”以及“锆石”，还有美国正在实验中的“X-51A”，这些都是具备高超音速飞行速度的飞行器。

我国的东风-17高超音速导弹和俄罗斯“先锋”系列高超音速导弹***用了类似的滑翔弹体，但是弹道方式完全不同，东风-17弹体通过火箭助推器送入亚轨道，随后突破大气层，飞行器和助推器再次分离，再次进入大气层，在大气层边缘进行高超音速滑翔飞行，最大速度可以达到10马赫，可以通过气动力布局调整弹头的飞行姿态，使弹道更加捉摸不定，能够有效的突破世界上绝大多数的反导系统。

俄罗斯的“先锋”系列高超音速导弹***用的载具则是射程近一万公里的“SS-19”洲际弹道导弹，该滑翔弹体在助推器的作用下送至大气层上方，能够有效的减少飞行阻力，然后滑翔弹体启动冲压发动机，再一次在大气层上方进行加速，速度可以达到惊人的20马赫，而且该过程中可以进行多次机动变轨，规避敌方的反导雷达系统，在进行突防时，“先锋”系列可以分出三个弹头，攻击不同的目标。

美国的X-51A高超音速飞行器***用的则是一款超燃冲压发动机，能够将导弹推至6到6.5马赫，相比较其他导弹有着巨大的优势，但是随着美国多次实验均以宣布失败而告终，所以美国高超音速飞行器还需要一段努力。