摘要:美國的X51“乘波者”高超音速飛行器就是用的超燃衝壓發動機,在最後一次飛行測試時,以5.1馬赫的速度飛行了3分30秒。如果美國六代機要達到高超音速,毫無疑問,必須要使用衝壓發動機,因爲普通的渦扇渦噴發動機無法提供這麼高的速度。

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F22與F35編隊飛行。

在戰鬥機領域,美國近幾十年都是業界標杆,四代機的幾大型號,像F15、F16和F18不但問世早,銷量大,升級改進型號的性能也絲毫不弱於歐洲推出的4++戰機。在五代機領域美國更是一枝獨秀,F22已經問世二十幾年,F35更是成爲北約國家空軍的首選,相比之下,其它國家獨立研發的五代機也不過只有兩款。

英國六代機“暴風”模型(上圖)與法德六代機FCAS模型(下圖)。

但是在六代機領域,美國最近卻頗有些沉寂,去年英國首先推出首款六代戰機“暴風”,接着在2019巴黎航展上,德法西聯合推出了第六代戰機FCAS,再次轟動世界。

在五代機領域被拋到後面的歐洲國家,似乎要聯合起來在六代機上發力了。人們都在好奇,作爲世界第一航空大國,美國會如何應對呢?

2012年4月,美國海軍正式發出F/A-XX的項目信息,用以在21世紀30年代取代美國海軍目前服役的F/A-18E/F戰鬥機和EA-18G電子作戰機。F/A-XX將能夠在尼米茲級核動力航空母艦和福特級核動力航空母艦上運作,主要任務包括空戰、對地/對海攻擊和密接支援任務。2013年,波音公司推出了F/A-XX未來戰機想象圖。

事實上,美國早就開始在研發自己的六代機了,這款名爲F/A-XX的戰機,主要是爲了取代海軍的F/A-18,不過它的資料非常少。

近日,美國空軍的官方媒體忽然撰文,稱美國政府和空軍的相關部門提供了關於未來戰機的一些技術細節,其中最重要的一點,就是美國未來戰機會着眼於速度,力爭突破5倍音速的極限。

美軍未來戰機想象圖。

一直以來,關於什麼是六代機,以及六代機的定義,各國並沒有統一的認識。五代機我們都知道其標杆有如下幾條:隱形能力、超音速巡航能力、超機動性還有先進的航電系統。

六代機如果要與五代機形成代差,必須要有全方位提升,所以在速度上,大家都覺得六代機應該也是高速戰機——但是卻沒有想到速度會高到這種程度。

因爲5倍音速,正好是高超音速的門檻,它相當於每秒飛行1700米,每小時飛行6120公里。

美國愛國者導彈試射。

目前能達到這個速度的,基本都是導彈,像美國的“愛國者”導彈,最大速度也就5馬赫,S400導彈在近程防禦時,速度也是5馬赫。

美國著名的“黑鳥”偵察機,最大速度爲3.316馬赫,約合每小時4062公里,速度與美國六代機相比要慢33%,而“黑鳥”的速度已經是超羣拔俗,在全世界空域橫行這麼多年,沒有一架被擊落過。

如果美國六代機要達到高超音速,毫無疑問,必須要使用衝壓發動機,因爲普通的渦扇渦噴發動機無法提供這麼高的速度。

SR-71是由美國軍火工業的傳奇人物凱利·約翰遜所領導的臭鼬工廠操刀設計,該單位同樣也設計了U-2偵察機等知名的軍機作品,SR-71使用了大量當時的先進技術,如半衝壓發動機,鈦合金機體,低可偵測性設計等。

而“黑鳥”偵察機使用的發動機,就是一個很好的例子。

“黑鳥”採用的J-58發動機,可以看作是衝壓發動機和渦輪噴氣發動機的混合類型,當它低速飛行時,噴氣發動機和衝壓發動機一起工作,當速度提升後,噴氣發動機停止工作,飛機完全依靠衝壓發動機提供動力,3.2馬赫是其最佳的巡航速度。

但是要達到5馬赫這樣的高速,普通的衝壓發動機還不夠,需要上超燃衝壓發動機,這種發動機和“黑鳥”使用的衝壓發動機最大的區別,就是發動機進氣速度。

超燃衝壓發動機示意圖。

“黑鳥”雖然能以3馬赫速度巡航,但是發動機只能在亞音速氣流下工作;而超燃衝壓發動機的燃料是在超音速的氣流中燃燒,工作溫度更高,速度也更大。理論上超燃衝壓發動機使用碳氫燃料能達到8馬赫的速度,而使用液氫燃料,速度甚至能達到25馬赫。

美國的X51“乘波者”高超音速飛行器就是用的超燃衝壓發動機,在最後一次飛行測試時,以5.1馬赫的速度飛行了3分30秒。

一架X-51A乘波者在B-52同溫層堡壘轟炸機的機翼下。

不過超燃衝壓發動機技術還不成熟,它的難度我們之前的文章裏也都提到過,點火非常困難,因爲它需要在超音速氣流中點火,X51在四次試驗中就點火失敗了一次。

這種失敗率對於飛機來說明顯是不合格的,超燃衝壓發動機要完全邁過點火這個門檻,纔能有進一步的發展。

另外,超燃衝壓發動機的工作狀況十分惡劣,要解決在高溫高壓下長時間穩定運行,必須在材料科技上有突破。這也不是一朝一夕可以解決的問題。

六代機發動機的設計製造已經這麼困難,整機的難度也不小。

還是拿“黑鳥”舉例,爲了高速,它基本上犧牲了可維護性,使用成本更是異常昂貴。

因爲高速飛行氣動摩擦導致高溫,黑鳥機體會發生膨脹,會大出7.4釐米,所以一些接縫會有意被留下,這些接縫在常溫狀態下會讓飛機漏油,在地面加油時,經常會灑一地。

同時3馬赫的巡航飛行對飛機的蒙皮是毀滅性的損害,“黑鳥”起飛前要花1天時間檢查,落地後立馬也要檢查,飛行800小時就要大修,輪胎用幾次就報廢。

在地面上會漏油,高空高速飛行時摩擦又會產生高溫,因此SR-71採用了全新燃料,燃點高、揮發性低,保證了飛行安全。

對於一架戰略偵察機來說,這樣的成本還是可以忍受的,但是假如戰鬥機也這麼麻煩,那麼基本就喪失了裝備部隊的能力。

也就是說,美國六代機要解決高超音速下,機體過熱的問題,在惡劣工況下,機身堅固皮實,具有很好的維護性,換句話說,如果要突破5倍音速,同時又能符合美國空軍對戰鬥機的要求,那麼這架六代機要用前所未有的先進材料打造。

難道美國人真的拿到外星人的技術了?



李曦 本文來源:網易談兵 責任編輯:李曦_NN2587
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