晨楓 軍事撰稿人

古今多少事,，都付笑談中18小時(shí)前

清華大學(xué)航天航空學(xué)院王兵教授團(tuán)隊(duì)在1月25日進(jìn)行了自主研發(fā)的新型發(fā)動(dòng)機(jī)演示實(shí)驗(yàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)在預(yù)定高度和速度點(diǎn)火成功,，穩(wěn)定工作,。實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)在等熵進(jìn)氣道和噴霧燃燒,，但與坊間的期望不同，這是亞燃沖壓,，不是超燃沖壓,。

這里有一個(gè)很贊的視頻，對(duì)清華的新型發(fā)動(dòng)機(jī)做了非常贊的介紹,。：

【中國(guó)新型噴霧發(fā)動(dòng)機(jī)成功試射,！三分鐘了解工作原理-嗶哩嗶哩】https:///mTfswvd

各種新聞報(bào)導(dǎo)就請(qǐng)看官自己搜索了。

在兩彈一星時(shí)代,，中國(guó)需要舉國(guó)之力才能搞定火箭,。時(shí)代不同了，清華大學(xué)都可以自己發(fā)射火箭了,。而且這是不一樣的火箭,，引起人們的極大關(guān)注。

清華大學(xué)公布了一段視頻,，但語焉不詳,，很多技術(shù)細(xì)節(jié)都避而不談，唯一可以確認(rèn)的是：這是吸氣火箭,，采用航空煤油作為燃料,。

新聞里還展示了頭部的錐形體和環(huán)形進(jìn)氣口。這其實(shí)是技術(shù)關(guān)鍵,，但光靠看還是很難看出門道的,。

圓柱體后有擴(kuò)張的裙體，裙體后有顯眼的噴口,。再后面就是常規(guī)的助推火箭了,。用兩級(jí)火箭未必是需要打多高、多遠(yuǎn),，可能是分兩級(jí)更加容易精確達(dá)到?jīng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)的工作高度和速度,。

從動(dòng)畫里，可以看到燃油管路通到前部的中央紡錘體與進(jìn)氣道外壁之間,，在這里點(diǎn)燃空氣-燃料混合物,。有意思的是，在后面擴(kuò)張的裙體位置,，似乎有第二次燃燒,，實(shí)際上這只是高溫燃?xì)獾呐蛎洝姵?，并沒有第二次燃燒,。值得主意的是中央紡錘體結(jié)尾的地方，主燃燒室的外壁有收斂-擴(kuò)張，這應(yīng)該是拉瓦爾噴管,，將亞音速燃燒的高溫燃?xì)饧铀俚匠羲?。這是超音速飛機(jī)的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的通常做法。燃料球罐意味著壓力很高,，這對(duì)燃料霧化有好處,，但燃料霧化不是靠這點(diǎn)壓力，后面要說到,。

進(jìn)氣口“頂著“尖頭錐,，這在米格-21戰(zhàn)斗機(jī)上就見過，基本道理有點(diǎn)相似,，但還是不一樣,。

超音速戰(zhàn)斗機(jī)進(jìn)氣道設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要求是把進(jìn)氣從超音速降低到M0.5-0.6左右，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)和燃燒室都只能在亞音速工作,。在這一點(diǎn)上是一樣的,，只是不一定一路減速到M0.5-0.6，可能更高一點(diǎn),。

超音速的“布拉莫斯”反艦導(dǎo)彈也是差不多的進(jìn)氣口,，但范冰冰和李冰冰都是一個(gè)鼻子兩個(gè)眼睛，細(xì)究起來差別可大了去了,。這不是簡(jiǎn)單圓錐,，而是前面更加尖細(xì)一點(diǎn)。

簡(jiǎn)單的圓形進(jìn)氣口產(chǎn)生垂直于進(jìn)氣方向的正激波,，激波前為超音速來流,，激波后為亞音速尾流。正激波的減速效果好,，但阻力很大,。所以米格-15那樣的戰(zhàn)斗機(jī)再加大發(fā)動(dòng)機(jī)推力，也很難達(dá)到超音速,，阻力的增加會(huì)快于速度的增加。

用斜坡產(chǎn)生斜激波,，可以使得超音速來流在減速的同時(shí),，產(chǎn)生一點(diǎn)偏轉(zhuǎn)，由Mi和Me顯示,。斜激波的減速效果降低,，但阻力大大低于正激波。用多道不同角度的斜激波（也就是所謂的多波系,，一般不超過三波系）漸次減速,，減速效果改善，減阻效果也改善。最后進(jìn)入進(jìn)氣口的時(shí)候,，還是要穿過一道正激波,，但這時(shí)氣流速度已經(jīng)接近音速，正激波的阻力較小,。進(jìn)入進(jìn)氣道后,，氣流減速到亞音速。

實(shí)際進(jìn)氣道設(shè)計(jì)時(shí),，不僅要考慮正激波正好位于進(jìn)氣口唇口的問題,，還要考慮斜激波與進(jìn)氣口之間的“封嚴(yán)”問題。正激波在唇口之前,，減速增壓后的進(jìn)氣氣流會(huì)從唇口外泄露,，損失進(jìn)氣效率；正激波在唇口之后,，激波會(huì)造成對(duì)結(jié)構(gòu)的損壞,，在內(nèi)壁的額外反射會(huì)使得激波變形和進(jìn)氣復(fù)雜化。斜激波也差不多,，封口“脫開”要造成漏氣,，進(jìn)入進(jìn)氣道內(nèi)則容易造成結(jié)構(gòu)損壞?？烧{(diào)進(jìn)氣口一般就是指可以調(diào)節(jié)斜激波的位置或（有時(shí)是“和”）角度,，精確控制進(jìn)氣口狀態(tài)。

實(shí)際上,，上面的進(jìn)氣道是最常見的外壓式,，還有內(nèi)壓式，通過唇口激波與在內(nèi)壁上的反射激波層層減速,，理論上效果更好,，但實(shí)際上因?yàn)樽詈笠坏勒げㄐ枰『迷诤淼牢恢茫茈y控制,，弄不好就造成進(jìn)氣道“堵塞”,，或者激波進(jìn)入燃燒室造成破壞，很少實(shí)用,?；靿菏绞前淹鈮菏胶蛢?nèi)壓式結(jié)合起來，可調(diào)的外壓式增加一點(diǎn)激波控制的手段,，但還是較難用,。

清華火箭的尖頭錐就是這樣不斷改變斜坡角度的外壓式進(jìn)氣道。

但這不是上面簡(jiǎn)圖中分段改變角度的折線斜坡,，而是連續(xù)的內(nèi)凹曲線斜坡,，所以產(chǎn)生無限多道激波,。在熱力學(xué)上，這稱為等熵壓縮,。

之所以說是壓縮,，是因?yàn)檫M(jìn)氣穿過每一道激波后，都在減速的過程中得到增壓,。減速增壓可以這樣理解：一列火車在行駛,，前面減速了，后面的車廂漸次“壓”到前面的車廂,，這不就增壓了嘛,。

最后穿過環(huán)形進(jìn)氣口處的正激波，進(jìn)入進(jìn)氣道,。

這里把尖頭錐的連續(xù)內(nèi)凹曲面夸張了一點(diǎn),，便于看出。

在唇口之后,，內(nèi)部擴(kuò)張,，進(jìn)氣在亞音速下進(jìn)一步減速增壓。到這里,，已經(jīng)可以斷定：這不是超燃沖壓,，而是亞燃沖壓。

但進(jìn)氣氣流兵分兩路,，一路貼著外壁（實(shí)際上不止外壁,，是整個(gè)剖面）流動(dòng)，一路貼著中心紡錘體流動(dòng),。

貼著紡錘體流動(dòng)的氣流與燃料混合,，與貼著外壁流動(dòng)的進(jìn)氣主流混合，點(diǎn)火燃燒,。

不知道為什么,，這里沒有畫出收斂-擴(kuò)散段，但尾部的錐形體可以清楚地看到,。高溫燃?xì)庠谕ㄟ^收斂-擴(kuò)張段后達(dá)到超音速,，被錐形體劈開，向側(cè)后噴出,?？梢钥吹剑瑹霟釃娏骷訜崛剂瞎?，燃料受熱升溫增壓，改善噴霧和燃燒效率,。

視頻中說這個(gè)工作循環(huán)可用于M3-6,，實(shí)際上超過M4就比較吃力了。

這樣的等熵進(jìn)氣道不是新發(fā)明，60年代美國(guó)D-21高空高速無人偵察機(jī)就用這個(gè),。中國(guó)有一架殘骸,，在軍博展出。不過當(dāng)時(shí)技術(shù)水平較低,，D-21的失敗率很高,。這也難怪。理想的等熵進(jìn)氣道只能對(duì)特定的速度,、高度進(jìn)行優(yōu)化,，條件偏離一點(diǎn)點(diǎn)就不行，要么阻力急劇上升,，要么進(jìn)氣急劇下降,，是出名的暴烈。清華可能用現(xiàn)代計(jì)算流體力學(xué)使得等熵進(jìn)氣道對(duì)進(jìn)氣條件的適應(yīng)性有所增強(qiáng),，更加實(shí)用了,。這是不小的改進(jìn)。消息中所謂“自增壓”可能也是指等熵增壓,。

清華的第二個(gè)秘密武器是新型霧化裝置,，這是燃料與空氣均勻混合、可靠點(diǎn)火的關(guān)鍵,。

進(jìn)氣在通過進(jìn)氣唇口的正激波后,，減速到亞音速，但在噴嘴的收斂-擴(kuò)散段里,，重新加速到超音速,。

超音速氣流形成的正激波“撞擊“注入的燃料時(shí)，好像鐵錘砸到液滴上,，燃料立刻就粉碎霧化了,。這是比一般的高壓霧化更加有效的霧化辦法。超音速氣流夾帶著燃料進(jìn)入主燃燒室時(shí),，立刻再次減速到亞音速,，與外壁過來的亞音速進(jìn)氣混合，點(diǎn)火燃燒,。值得注意的是,，超音速霧化不僅可用于沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，還可用于常見的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)甚至內(nèi)燃機(jī),。這甚至是降低污染的新型燃燒技術(shù)的需要,。氮氧化物產(chǎn)生于高溫燃燒時(shí)對(duì)空氣中氮的加熱。燃燒溫度越高,，熱效率越高,，但氮氧化物排放的問題也越大,。用超音速噴流在燃燒室的中心形成柱狀貧氧燃燒，然后再擴(kuò)散到周圍富氧環(huán)境進(jìn)一步燃燒,，加熱空氣,，是提高燃燒效率、降低排放的有效辦法,。這是因?yàn)榛鹧媸怯袕较驍U(kuò)散速度的,，油氣早早均勻混合了，外圈實(shí)際上要到后段才輪得上點(diǎn)火,，實(shí)際上有不少富燃?xì)怏w排放出去了,。在燃?xì)庀蚝蟮牧鲃?dòng)和火焰向外的擴(kuò)散中精確匹配，才能達(dá)到真正需要的油氣混合,。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)里就是這樣做的,，而不再是在整個(gè)氣缸容積里均勻燃燒了。

高超音速是眼下的熱點(diǎn),，但“低超音速”不應(yīng)該忽視,，大部分戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈依然實(shí)在這個(gè)速度范圍。改善空空導(dǎo)彈,、反艦導(dǎo)彈,、防空導(dǎo)彈的推進(jìn)技術(shù)，增加射程和速度,，縮小尺寸,，依然是重要的。眼光放得更遠(yuǎn)的時(shí)候,，腳下更要看清,，更要站穩(wěn)。超音速霧化技術(shù)更是有廣泛的應(yīng)用范圍,。

肯定會(huì)有人說,，這只是中國(guó)在完善美國(guó)50年前提出的技術(shù)。沒事,，隨他們說去,，冷聚變還是100年前就提出的呢，中國(guó)到現(xiàn)在都還沒有完善,。