為什麼中國六代機無法高超音速飛行?第三台發動機會是沖壓發動機嗎?| #軍事情報局 #周子定

軍事情報局-探索時分-周子定
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不要被騙了,中國六代機絕無可能超音速飛行。很多人推測成飛六代機的第三台發動機是沖壓發動機,然而從幾何外形和工程設計上來說都是不可能的,陳飛六代機到底有著什麼樣的性能呢?
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中國在12月份公佈了兩款六代機視頻
海內外炸了鍋
很多人說
中國的六代機裝備的衝壓發動機能夠高超音速飛行
比如這個視頻就說了
六代機戰機有多牛
超一萬公里作戰半徑
飛行速度超過5馬赫
我們要先簡單介紹一下航空發動機的類型
一般來說
分為渦扇發動機
衝壓發動機
和超燃衝壓發動機
從速度上來說
渦扇發動機適合於亞音速飛行至2馬赫以下
衝壓發動機適合2馬赫至5馬赫的飛行
超燃衝壓發動機適合5 6馬赫以上的高超音速飛行
從機械結構上來說
渦扇發動機最為複雜
擁有一個壓縮機
同時還有一個渦輪
而衝壓發動機和超燃衝壓發動機都沒有這些
機械結構更為簡單
主要依靠的是高超音速飛行時產生的機波
來壓縮空氣
從外形上來看
程飛的殲-36戰鬥機裝備三臺發動機
兩臺明顯位於機腹
應該就是加萊特進氣道
一臺位於機背
看起來像是DSI進氣道
有些人就說了
殲-36能夠高超音速飛行
原因就是背部的這臺發動機
很有可能就是衝壓發動機
然而從空氣動力學的角度來說
這是不可能的
我們逐步來和大家解釋一下
第一個概念就是燃燒
燃燒其實很有講究
它對於溫度和速度都有要求
我舉個例子
我們有句話叫做山風點火
意思就是這個火燒的很棒
你山一個風
這個火勢是越來越猛
但是如果這個風非常快
它是一陣狂風呼嘯而過
這個火不僅不會燃燒
而且還會熄滅
物理學上把它叫做吹熄速度
也就是說在特定條件之下
當空氣速度超過燃燒速度之後
燃燒就不會發生了
飛機在飛行的時候
進入發動機的氣體速度是非常快的
很有可能就是超音速
需要經過減速達到亞音速
才能達到充分燃燒的條件
這就有一個問題了
飛機可是超音速飛行
你通過什麼方式讓氣流減速
達到理想的燃燒條件呢
渦扇發動機和充壓發動機
工作原理完全不同
渦扇發動機主要依靠一個壓縮機
壓縮機旋轉壓縮空氣
達到降低速度增大壓強的作用
而當尾氣排出的時候
它又會推動發動機尾部的渦輪
來驅動前面的壓縮機
這是一個非常巧妙的機械結構設計
可是當你的飛機速度越來越快
達到兩倍甚至三倍音速的時候
發動機就面臨一個問題了
壓縮機旋轉有極限
外部空氣速度很快
達到三四馬赫
壓縮機就無法有效將這些空氣壓縮了
壓縮機效率降低
發動機燃燒不充分
推力就受影響
當速度達到兩至三馬赫的時候
還會出現大量的激波
會對機械結構產生影響
而且因為速度過快
氣流溫度也會升高
對渦輪和壓縮機帶來結構上的問題
伴隨著轉陣影響發動機的效率
甚至會帶來結構上的損壞
簡單來說
傳統的渦扇發動機適用於兩馬赫以下
如果達到二至三馬赫以上就會有諸多問題
那這個時候怎麼辦呢
誒 我們的衝壓發動機就要閃亮登場了
我們剛才介紹過
渦扇發動機和衝壓發動機相比
它多了兩個零部件
一個就是壓縮器
一個就是渦輪
而衝壓發動機全都沒有這些
誒 我的機械結構變得很簡單
但是還存在一個問題
沒有了壓縮機
我的速度怎麼降下來啊
科學家解決問題的方式非常特別
叫做激波
英文叫做shock wave
我們知道在空氣中
聲音和振動它是通過音速來傳播的
可是當你飛機的飛行速度也達到音速的時候
你的傳播速度和飛行速度一樣
這就帶來一個非常嚴重的後果
振動無法傳遞給後方
空氣聚集在物體前方
形成一個奇特的壓縮現象
叫做激波
同時伴隨有聲障
而激波有一個好處
就是激波之後的流暢
速度會突然降低
壓力會驟然升高
溫度也會變高
所有這些條件都非常適合燃燒
所以沖壓發動機壓縮氣體的祕訣
就是通過進氣口的幾何設計
利用產生激波來達到減速效果
我們來看一下美國的黑鳥偵察機
可以看到黑鳥偵察機的發動機
前端有一個長長的尖錐體
這叫做進氣錐
而它的作用就是為形成激波
嚴格來說
黑鳥使用的發動機它屬於變循環發動機
在亞音速時它是一個渦扇發動機
到了超音速
它搖身一變成為一個沖壓發動機
而且黑鳥的進氣錐前後位置是可以調整的
這又涉及到另外一個概念
叫做馬赫角
我們剛才提到過
在不同的飛行速度下
激波它形成的角度也是不一樣的
簡單來說
激波的方向和飛行方向之間的夾角
就是馬赫角
它的豎直等於阿克賽恩音速除以當前速度
我們舉個例子
當你的速度達到音速時
馬赫角就是90度
和你的飛行方向垂直
而當你的速度達到兩馬赫時
馬赫角就是30度
速度越快
馬赫角就越小
所以黑鳥的進氣錐根據速度不同
馬赫角也會不同
需要調整進氣錐的位置
很多朋友會好奇
說激波後面這個流場到底長什麼樣呢
我就給大家找了一下流體力學的仿真模型
我們現在看到的視頻是一個二維的仿真
進氣道的前端有一個小小的尖錐體
中間則是進氣道
我們可以看到
從進氣錐兩旁會形成剛才提到的馬赫角
也就是激波的方向
而在激波之後會形成各種各樣的渦流
計算流體力學
也就是CFD
是一個很複雜的科學
我們通過這個視頻可以看到
衝壓發動機正是依靠激波來達到壓縮和減速的作用
我們介紹了渦扇發動機和衝壓發動機的工作原理
再回過頭來看一下CN36
我們就會發現
CN36絕無可能安裝衝壓發動機
第一 幾何形狀不對
我們剛才提到了黑鳥使用的衝壓發動機
前面有一個長長的進氣錐
而在CN36上
你是看不到的
再舉個例子
俄羅斯和印度聯合開發的布拉莫斯高超音速反艦導彈
使用的也是衝壓發動機
布拉莫斯導彈正前方就是一個長長的進氣錐
之後是導彈的彈體和進氣口
有人會問了
中國開發的衝壓發動機會不會形式不一樣呢
我們來看一下
2024年底
中國方面的一個重大新聞
公佈了一個叫做金斗雲400的超燃衝壓發動機
我們來看一下
這個金斗雲400的外形
到底長得什麼樣
在這個發動機的前部
它也有一個長長的進氣錐
金斗雲是中國目前最先進的衝壓發動機
然而目前看起來
也並沒有安裝在CN36上
發動機的進氣口設計
是不是隻有我們剛才提到這種形式呢
並不是絕對的
有一個例外
就是歐洲生產的流星空對空導彈
流星導彈是世界上第一款使用
固體燃料衝壓發動機的導彈
在導彈的機身下方有兩個方形的進氣口
而不是尖錐體
衝壓發動機依靠激波控制流速
但錐體並不是唯一能夠產生激波的集合方式
很顯然 在流星導彈的內部
設計方一定通過其他方式產生激波
但因為我們看不到內部設計
所以也無法進一步分析了
我們還是回到CN36
CN36背部的進氣道顯然是DSI進氣道
它和流星導彈進氣道也完全不同
那理論上來說
DSI進氣道適合於2馬赫以下的飛行狀態
它和衝壓發動機是絕對不匹配的
總而言之 從幾何外形上來說
CN36沒有安裝衝壓發動機
而從工程效率上來說
衝壓發動機搭配渦扇發動機
也是一個近乎愚蠢的設計方案
為什麼這麼說呢
衝壓發動機在亞音速的狀態下
幾乎是不工作的
衝壓發動機壓縮氣體要依靠激波
可是激波只有在超音速才會產生
這意味著在亞音速飛行時
衝壓發動機無法有效壓縮空氣
燃燒室內的氣體壓強速度
都達不到燃燒的要求
衝壓發動機甚至無法點火啟動
這種組合還存在另外一個問題
假如飛機真能達到高超音速
我們比如說3馬赫好了
在這樣的狀態下
衝壓發動機能夠發揮自己的全部功效
可是渦扇發動機可不行
渦扇發動機在速度達到2馬赫以後
隨著速度上升
效率是急劇下降
那不僅如此
還會伴隨著結構穩定性
喘震等等潛在問題
兩臺渦扇發動機加起來的功率
可能都不如一臺
結果也是顯而易見
雖然這架飛機名義上安裝了三臺發動機
但在任意一個速度區間
功率只相當於兩臺發動機
在亞音速時
衝壓發動機罷工相當於你只有兩臺渦扇發動機
而到了高超音速
渦扇發動機功率不足
兩臺加起來還不如一臺
所以你說你裝三臺發動機是為了啥呢
我們仔細一想就會明白
把衝壓發動機和渦扇發動機
同時安裝到一架戰鬥機上
是一個多麼愚蠢的設計方案
成飛作為目前中共最頂尖的飛機設計局
是斷然不會採用這種
讓人笑掉大牙的設計方案的
而解決這個問題其實只有一個途徑
就是美國採取的變循環發動機
在低速時它是一臺渦扇發動機
而到了高速搖身一變
成為衝壓發動機
這正是美國目前六代戰鬥機的路線
也是之前黑鳥偵察機的技術路線
那麼殲-36為什麼要安裝三臺渦扇發動機
有兩個原因
第一 中國目前航空發動機
性能還不夠好 推力不足
殲-36負重增大 載彈量也增加
目前來看只能靠堆疊三臺發動機
來達到這一目的
第二 增加飛機發電量
以適應未來三四十年的戰鬥機需求
未來的戰鬥機可能會安裝激光武器
或者各種新的電子戰設備
大功率的雷達以及感測器等等
這些都需要更多的電力
而目前兩臺發動機已經無法滿足電力需求
所以安裝三臺發動機
我們今天簡短和大家介紹了
衝壓發動機和渦扇發動機的工作原理
從工程角度來看
殲-36絕無可能安裝衝壓發動機
也沒有達到高超音速的可能
其最高速度不會超過2馬赫
使用三臺渦扇發動機基於兩個原因
第一 航空發動機推力不足
第二 為了滿足未來的電力需求
聊到這裡可能有些觀眾朋友們心裡不服
就說了周子定你又在胡說八道了
那我簡單介紹一下我的背景
我並不是航空專業出身
我是學機械的
但我學過流體力學
也用過Fluent Open Form做過CFD的仿真
也寫過簡單的程序做一些數值計算
我知道在座的觀眾朋友們是藏龍臥虎
一定有空氣動力學的大神
如果我今天在節目中說的有不對的地方
歡迎大家留言或者給我發郵件
無論我們的立場如何
我們都可以從工程和科學的角度上
來探討這個問題
我是子定 我們下期節目再會
