據(jù)外媒報(bào)道，俄羅斯軍隊(duì)在2025年9月舉行的“西部-2025”聯(lián)合戰(zhàn)略演習(xí)期間，從巴倫支海成功試射一枚“鋯石”高超聲速導(dǎo)彈。導(dǎo)彈飛行速度超過7倍聲速，從發(fā)射到命中目標(biāo)用時(shí)極短，留給對(duì)手防御系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間僅有短短十幾秒。
超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，全稱超聲速燃燒沖壓式發(fā)動(dòng)機(jī)，是一種允許燃料在超聲速氣流中燃燒，從而產(chǎn)生動(dòng)能推力的沖壓式發(fā)動(dòng)機(jī)。與渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)相比，超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)巧妙地利用飛行器在高速飛行時(shí)迎面氣流的沖壓效應(yīng)，使氣流在進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)后被自然壓縮，省去了傳統(tǒng)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)雜的壓氣機(jī)渦輪部件。當(dāng)飛行器的速度達(dá)到5倍聲速以上時(shí)，這種“壓縮”效應(yīng)極其明顯，從而為超聲速燃燒提供必需的高溫高壓氣流。
超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)主要由3大部件構(gòu)成：進(jìn)氣道、燃燒室和尾噴管。進(jìn)氣道對(duì)高超聲速氣流進(jìn)行適度的減速增壓，使其達(dá)到適合燃燒的狀態(tài);燃燒室內(nèi)燃料與氣流充分混合并燃燒，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能。燃燒后的高溫高壓氣體在尾噴管內(nèi)進(jìn)一步膨脹加速，并從噴口向后噴出，形成巨大推力。
超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)能夠支持飛行器進(jìn)行高超聲速飛行，相比之下，普通發(fā)動(dòng)機(jī)存在推力極限，飛行器速度被限制在3倍聲速左右。例如，20世紀(jì)60年代美蘇開發(fā)的S-71“黑鳥”和米格-25戰(zhàn)斗機(jī)，最大飛行速度均不超過3馬赫。
究其原因，飛行器速度越快，需要發(fā)動(dòng)機(jī)的推力越大，當(dāng)飛行器速度超過3倍聲速時(shí)，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)已不能滿足需求。相比之下，亞燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)能夠提供足夠推力，適用于超聲速飛行器。
當(dāng)飛行器速度需要進(jìn)一步增加到5倍聲速以上，甚至達(dá)到7倍聲速時(shí)，亞燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使其無法克服高溫、“熱障”等難題。超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)通過允許氣流在燃燒室內(nèi)保持超聲速狀態(tài)進(jìn)行燃燒，能有效克服這些問題，使得飛行器以更高速度飛行成為可能。
超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的突出優(yōu)勢(shì)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、推力大等，尤其推重比達(dá)20以上，這意味著發(fā)動(dòng)機(jī)性能極優(yōu)，能夠?yàn)轱w行器提供更高的機(jī)動(dòng)性和更強(qiáng)的加速能力，對(duì)實(shí)現(xiàn)快速打擊、高空偵察和快速進(jìn)入空間等軍事任務(wù)具有革命性意義。近年來，各軍事大國紛紛投入超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的研究，爭(zhēng)奪這一技術(shù)制高點(diǎn)。
美國在超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域的研究起步較早，并取得一定成果。美國航空航天局旗下德萊頓飛行研究中心開發(fā)的極聲速飛行試驗(yàn)機(jī)X-43，曾創(chuàng)下9.6倍聲速的速度紀(jì)錄。在美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室的支持下，美國洛克達(dá)因等公司研發(fā)的大推力超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)完成為期12個(gè)月的地面試驗(yàn)，驗(yàn)證了發(fā)動(dòng)機(jī)在不同超聲速條件下的性能。
俄羅斯在超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用方面走在前列。目前，“鋯石”高超聲速導(dǎo)彈已投入實(shí)戰(zhàn)部署。這種吸氣式高超聲速巡航導(dǎo)彈從護(hù)衛(wèi)艦、巡洋艦和潛艇上發(fā)射，最大射程1000千米，戰(zhàn)斗部重達(dá)400千克，能以超過5倍聲速的飛行速度突破防空系統(tǒng)攔截，主要打擊大型艦艇集群和陸上高價(jià)值時(shí)敏目標(biāo)等。
近年來，日本在超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域取得一些進(jìn)展。2022年7月，日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)成功發(fā)射一枚小型火箭進(jìn)行超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)飛行測(cè)試，標(biāo)志著日本在高超聲速武器研究領(lǐng)域邁出重要一步。
澳大利亞在超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)方面也取得重要進(jìn)展。該國一家公司完成氫動(dòng)力超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試，發(fā)動(dòng)機(jī)功率是渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)倍。
多國圍繞超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)態(tài)勢(shì)，凸顯出這種發(fā)動(dòng)機(jī)在國防與航空航天領(lǐng)域的重要價(jià)值。在這場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，誰先掌握這項(xiàng)技術(shù)并投入使用，誰將可能在以高超聲速武器為主導(dǎo)的未來戰(zhàn)爭(zhēng)中占據(jù)主動(dòng)權(quán)。
雖然超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)前景廣闊，但其從實(shí)驗(yàn)室走向成熟應(yīng)用仍面臨著一系列技術(shù)挑戰(zhàn)。
首要挑戰(zhàn)在于超聲速燃燒的組織與控制。超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料必須在以毫秒計(jì)的時(shí)間內(nèi)完成噴射、蒸發(fā)、摻混、點(diǎn)火和燃燒等過程，其難度被形容為“在龍卷風(fēng)中點(diǎn)燃一根火柴并保持穩(wěn)定燃燒”。為此，需要對(duì)燃料的噴射方式、噴注器設(shè)計(jì)、與空氣的摻混比例等一系列相關(guān)因素和條件進(jìn)行極致優(yōu)化。
其次是熱管理問題突出。超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)承受極高的熱負(fù)荷。當(dāng)飛行速度達(dá)到6倍聲速時(shí)，氣流溫度達(dá)1400攝氏度，發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部氣流總溫達(dá)2700攝氏度以上。這意味著發(fā)動(dòng)機(jī)材料必須能夠承受極端高溫，同時(shí)還需要高效的主動(dòng)冷卻系統(tǒng)。通常，燃料也被用作冷卻劑，在進(jìn)入燃燒室前先流經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)熱部件對(duì)其進(jìn)行冷卻。這就要求燃料不僅具有良好的燃燒性能，還要具有優(yōu)異的吸熱能力。如何設(shè)計(jì)高效的冷卻結(jié)構(gòu)，平衡冷卻需求與燃料消耗量，避免熱量過度堆積，是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程難題。
最后，機(jī)體與發(fā)動(dòng)機(jī)的一體化設(shè)計(jì)是一大難點(diǎn)。在高超聲速飛行條件下，飛行器的前體形狀影響進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道的氣流品質(zhì)，后體形狀關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)噴管燃?xì)獾呐蛎浶省Ｒ虼?，發(fā)動(dòng)機(jī)與飛行器必須進(jìn)行高度一體化設(shè)計(jì)，這涉及氣動(dòng)力、結(jié)構(gòu)、燃料供應(yīng)和冷卻系統(tǒng)等多個(gè)方面，技術(shù)復(fù)雜度極高。
超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)是掌控臨近空間和贏得快速打擊優(yōu)勢(shì)的核心關(guān)鍵技術(shù)，其發(fā)展水平關(guān)乎國防安全和戰(zhàn)略優(yōu)勢(shì)，而其成熟應(yīng)用將深刻改變未來戰(zhàn)場(chǎng)形態(tài)和空天運(yùn)輸模式。這場(chǎng)圍繞“更高速度”的角逐，一直在路上。
來源：中國軍網(wǎng)、解放軍報(bào)、中國國防報(bào)等綜合
