尹懷勤

俄羅斯《觀點(diǎn)報(bào)》網(wǎng)站2015年10月5日?qǐng)?bào)道：俄設(shè)計(jì)師宣布研制出空天飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)。這是一種新型的航空航天動(dòng)力裝置，它顯露了軍民兩用的空天飛機(jī)即將問世的曙光，因而引起了人們的關(guān)注。

早就定名的空天飛機(jī)

早在20世紀(jì)50年代，我國著名科學(xué)家錢學(xué)森就提出了研制空天飛機(jī)的設(shè)想。顧名思義，空天飛機(jī)是一種身兼航空與航天兩種職能的飛行器。它既采用飛機(jī)使用的吸空氣式發(fā)動(dòng)機(jī)，可在大氣層中飛行，又采用航天器使用的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，能在太空中環(huán)繞地球運(yùn)行。它的突出特點(diǎn)是，可從普通機(jī)場(chǎng)跑道起飛，不斷加速，使飛行速度達(dá)到高超聲速，不僅能沖出大氣層進(jìn)入太空遨游，而且能在完成軍民兩用航天任務(wù)后再入大氣層，在普通機(jī)場(chǎng)水平著陸。

發(fā)展空天飛機(jī)的主要目的就是在既可達(dá)到多用途設(shè)想的同時(shí)，又能大大降低前往太空和返回地球的運(yùn)輸費(fèi)用?？仗祜w機(jī)返回地面經(jīng)簡單維修、重新加注推進(jìn)劑后就能再次升空，復(fù)飛間隔時(shí)間短，可以重復(fù)使用幾十至幾百次，還不用專門的航天發(fā)射設(shè)施，這是目前世界上一次性使用的宇宙飛船和已經(jīng)退役的可多次部分重復(fù)使用的航天飛機(jī)都無法做到的。

動(dòng)力：沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)

多數(shù)空天飛機(jī)，在大氣層中飛行時(shí)主要使用沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力裝置。

和飛機(jī)上應(yīng)用的渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理一樣，沖壓發(fā)動(dòng)也是靠吸收空氣中的氧氣，燃燒本身攜帶的燃燒劑生成燃?xì)?，高速向后噴出產(chǎn)生反作用推力而工作的；不同之處是沒有壓氣機(jī)和燃?xì)鉁u輪，進(jìn)入燃燒室的空氣是利用高速飛行時(shí)沖壓作用來增壓的。理論研究表明，其最高速度可達(dá)23倍聲速。

沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)通常由進(jìn)氣道、燃燒室、尾噴管三大部分組成。航空器飛行時(shí)迎面氣流在通過進(jìn)氣道的過程中將動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?，?jīng)壓縮后的空氣進(jìn)入燃燒室與燃燒劑混合進(jìn)行等壓燃燒，生成的高溫燃?xì)庠趪姽苤信蛎浖铀俸笈懦觯a(chǎn)生推力。這種發(fā)動(dòng)機(jī)在飛行速度大于3倍聲速的條件下使用，有較高的經(jīng)濟(jì)性。其缺點(diǎn)是只有飛行器達(dá)到一定飛行速度后才能啟動(dòng)工作，不宜作為普通飛機(jī)的動(dòng)力裝置。其噴出氣流的速度比進(jìn)口的空氣速度大得多，因而就造成反作用推力，使得飛行器向前運(yùn)行。氣流噴出速度愈大，推力也就愈大，速度能夠遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其他吸空氣式發(fā)動(dòng)機(jī)，所以空天飛機(jī)多選用它為航空飛行階段提供主要推力。

2002年7月30日，澳大利亞試驗(yàn)了一種應(yīng)用于高超聲速飛機(jī)的沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，獲得基本成功。2004年3月27日，美國航宇局進(jìn)行了采用沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的X-43A無人駕駛飛行器的飛行試驗(yàn)，也曾達(dá)到7倍聲速的飛行速度。澳美試驗(yàn)的沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)都是用液氫作為燃燒劑的。2010年5月26日，美國波音公司制造的沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的高超聲速X-51A“乘波者”飛行器首飛成功，這是由惠普公司研制的。鑒于大推力渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)早已大量投入實(shí)際使用，隨著高超聲速?zèng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)的研制成功，空天飛機(jī)也就會(huì)隨之出現(xiàn)。

脈動(dòng)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)

——空天飛機(jī)的推進(jìn)器

俄羅斯戰(zhàn)略火箭兵彼得大帝軍事學(xué)院發(fā)言人于2015年10月5日表示，該院謝爾普霍夫分院已經(jīng)研制出用于軍民兩用空天飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)。他解釋說：“研制航空火箭混合發(fā)動(dòng)機(jī)的任務(wù)已經(jīng)完成。發(fā)動(dòng)機(jī)包括在飛機(jī)和火箭兩種狀態(tài)下工作的動(dòng)力裝置?！?/p>

這就說明，俄羅斯研制出的用于空天飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)，是由直流式脈沖燃燒室、攝像機(jī)、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)成的。直流式脈沖燃燒室又稱為脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)或脈動(dòng)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。這也是一種構(gòu)造較為簡單、可以發(fā)出很大推力、適用于高空高速飛行的空氣噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。這種動(dòng)力裝置是俄羅斯航空航天科研人員的一種創(chuàng)新。

脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)的前部裝有單向活門，之后是含有燃油噴嘴和火花塞的燃燒室，最后是特殊設(shè)計(jì)的長尾噴管。工作時(shí)，首先把壓縮空氣打入單向活門，促使氣流進(jìn)入燃燒室，然后油嘴噴油，火花塞點(diǎn)火燃燒，隨即高壓火焰燃?xì)鈴拈L尾噴管噴出，產(chǎn)生反作用推力；在燃?xì)鈬姵龊螅捎谌細(xì)饬鞯膽T性作用，雖然燃燒室內(nèi)的壓強(qiáng)同外面大氣的壓強(qiáng)相等，仍會(huì)繼續(xù)向外噴射，故而在燃燒室內(nèi)造成空氣稀薄的現(xiàn)象，使壓強(qiáng)顯著降低到小于大氣壓時(shí)，前面的空氣再次打開單向活門流入燃燒室，噴油點(diǎn)火燃燒，開始第二個(gè)循環(huán)過程。這樣周而復(fù)始，發(fā)動(dòng)機(jī)便可繼續(xù)工作了。

脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)與沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的主要區(qū)別在于它的噴氣是間歇性的，并且在低速時(shí)也可以使用，而沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的噴氣是連續(xù)性的，只能在高速時(shí)使用。應(yīng)該說脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)比較容易啟動(dòng)，而沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)只有達(dá)到超音速后才能啟用。但是脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)燃燒劑的質(zhì)量、燃燒室和機(jī)體的強(qiáng)度都提出了更高的要求。一般國家尚不具備研發(fā)的技術(shù)實(shí)力。

這種空天飛機(jī)能從普通機(jī)場(chǎng)起飛，在空中巡邏并執(zhí)行太空作戰(zhàn)任務(wù)，比如攔截彈頭、摧毀太空目標(biāo)。在完成任務(wù)后，再返回大氣層。在組合動(dòng)力裝置上安放攝像機(jī)，除拍攝觀察發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況、空天飛機(jī)飛行前程外，還可及時(shí)發(fā)現(xiàn)對(duì)方有關(guān)的太空動(dòng)態(tài)。顯而易見，俄研制空天飛機(jī)的主要意圖也是用于軍事上的。

空天飛機(jī)是一項(xiàng)重大的科技創(chuàng)新，在它問世之后，能夠達(dá)到完全重復(fù)使用和大幅度降低航天運(yùn)輸費(fèi)用的目的，被稱為21世紀(jì)最有前途的革命性航空航天成果之一。

（責(zé)任編輯：司明婧 責(zé)任校對(duì)：曹偉）