看来很有必要澄清一下组合动力飞行器与可重复使用火箭的 ...

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/28 07:28:20
       最近新闻联播发布组合动力飞行器开始研制的消息,对所有中国人来说都是一件值得兴奋的事情,实际上仅仅把组合动力飞行器当做一件单一科技产品未免有些浅薄了,这背后整个国家工业基础的质的飞越才是最令人欣喜的。对广大航空航天爱好者来说,消息已发布,很多人立刻把该项目与spacex的可重复使用火箭进行比较,激烈争论孰优孰劣,这实际上犯了常识性错误,本人不才,在此把掌握的一些知识拿出来与大家分享,以供讨论。

       第一、组合动力飞行器(出于众所周知的原因,在宣传口径上,TG极力避免使用空天飞机这个词)与可重复使用火箭两者并不是完全竞争关系,各自有自己的最佳应用场景,空天飞机主要适用低成本载人天地往返(偶尔也可能放点小卫星),可重复使用火箭则适用于大规模的货物运输,尤其是对未来的大型或重型火箭来说,如果要走可持续发展路线的话,可重复使用是必须要发展的技术,因此TG实际上两者都在发展,可重复使用火箭难度相对较小,会最先成熟应用,预计会在2020之前出来,不过方案与spacex不同,采用的是伞降回收方式(据说垂直回收方案也有研究,可能作为备选),组合动力飞行器TG都搞了二十多年了,已经从早期的理论方案研究转入工程方案研制,但还未正式国家立项,其状态类似重型火箭,十三五期间将完成工程方案阶段的关键技术攻关,十四五正式国家立项,启动原型机研制,考虑到难度和复杂性很高,因此从工程立项到完成研制花费十年时间非常正常,总之,空间站之后TG最重要的两个项目就是重型火箭与组合动力飞行器,这两个项目是中国制造2025计划的标杆性成果,TG非常重视。

       第二、组合动力飞行器是由航天航空多部门联合研制,包括航天科技、中航工业、航天科工等等,前期理论方案研究中的关键技术验证项目有两个:611所的神龙项目与航天科技一院的遨天一号。组合动力飞行器涉及的关键技术都纳入了国家863计划,九五期间就已经启动,研究时间很长了,研制组合动力飞行器对一个国家的工业基础要求极高,TG之前对此讳莫如深,几乎很少在公开媒体报道这个计划,就是因为技术储备和工业基础尚未达到启动工程研制的标准,现在通过权威媒体发布这一消息,实际上也就是表明经过多年的努力,研制条件已经具备。

       话说回来,从技术的发展进度上看,实际上2030年也很可能是各型空天飞机陆续开始现身的时间,因为根据计划,美国和欧洲的空天飞机也大概是那个时间点出来,英国的云霄塔空天飞机大概就是2025年造出原型机。       最近新闻联播发布组合动力飞行器开始研制的消息,对所有中国人来说都是一件值得兴奋的事情,实际上仅仅把组合动力飞行器当做一件单一科技产品未免有些浅薄了,这背后整个国家工业基础的质的飞越才是最令人欣喜的。对广大航空航天爱好者来说,消息已发布,很多人立刻把该项目与spacex的可重复使用火箭进行比较,激烈争论孰优孰劣,这实际上犯了常识性错误,本人不才,在此把掌握的一些知识拿出来与大家分享,以供讨论。

       第一、组合动力飞行器(出于众所周知的原因,在宣传口径上,TG极力避免使用空天飞机这个词)与可重复使用火箭两者并不是完全竞争关系,各自有自己的最佳应用场景,空天飞机主要适用低成本载人天地往返(偶尔也可能放点小卫星),可重复使用火箭则适用于大规模的货物运输,尤其是对未来的大型或重型火箭来说,如果要走可持续发展路线的话,可重复使用是必须要发展的技术,因此TG实际上两者都在发展,可重复使用火箭难度相对较小,会最先成熟应用,预计会在2020之前出来,不过方案与spacex不同,采用的是伞降回收方式(据说垂直回收方案也有研究,可能作为备选),组合动力飞行器TG都搞了二十多年了,已经从早期的理论方案研究转入工程方案研制,但还未正式国家立项,其状态类似重型火箭,十三五期间将完成工程方案阶段的关键技术攻关,十四五正式国家立项,启动原型机研制,考虑到难度和复杂性很高,因此从工程立项到完成研制花费十年时间非常正常,总之,空间站之后TG最重要的两个项目就是重型火箭与组合动力飞行器,这两个项目是中国制造2025计划的标杆性成果,TG非常重视。

       第二、组合动力飞行器是由航天航空多部门联合研制,包括航天科技、中航工业、航天科工等等,前期理论方案研究中的关键技术验证项目有两个:611所的神龙项目与航天科技一院的遨天一号。组合动力飞行器涉及的关键技术都纳入了国家863计划,九五期间就已经启动,研究时间很长了,研制组合动力飞行器对一个国家的工业基础要求极高,TG之前对此讳莫如深,几乎很少在公开媒体报道这个计划,就是因为技术储备和工业基础尚未达到启动工程研制的标准,现在通过权威媒体发布这一消息,实际上也就是表明经过多年的努力,研制条件已经具备。

       话说回来,从技术的发展进度上看,实际上2030年也很可能是各型空天飞机陆续开始现身的时间,因为根据计划,美国和欧洲的空天飞机也大概是那个时间点出来,英国的云霄塔空天飞机大概就是2025年造出原型机。
       补充一点,TG的组合动力飞行器与英国的云霄塔空天飞机在动力组合形式上有一些差异,TG的是以冲压发动机为基础,组合涡轮动力和火箭动力;云霄塔空天飞机则是以增强版涡轮发动机为基础,结合火箭动力,无冲压模式。之所以有这种差异,主要还是两国的核心技术强项不同,TG的冲压技术处在世界前列,而英国的涡轮技术世界领先,尤其是佩刀发动机使用的预冷器技术在世界上独一无二,美国都没有掌握,这项技术大幅度提升了传统涡轮发动机的性能,使其速度上限从2马赫扩展到5马赫,达到高超音速的门槛标准。
       由于动力组合形式不同,两者的飞行包线有较大差异,TG的组合动力飞行器从地面启动后,先是通过涡轮发动机缓慢加速,达到2马赫后启动冲压发动机,冲压发动机先以亚燃模式加速到5马赫,随后启动超燃模式继续加速到更高马赫数(具体能加速到多大马赫数,目前还没有数据透露),最后在大气层边缘处启动火箭发动机进入轨道,返回时组合动力发动机工作切换顺序正好相反;英国的云霄塔空天飞机切换模式要简单一些,从地面起飞后通过增强版涡轮发动机加速到5马赫,随后直接启动火箭发动机进入轨道。
       这两款空天飞机各有自己的优缺点,TG的动力结构复杂,可靠性是一大挑战,但整机尺寸和重量可以做的比较小,因为在启动火箭发动机入轨之前,超燃冲压发动机可以提供远高于5马赫的初始速度,因此需要携带的燃料和氧化剂大幅度下降,另外,TG的火箭发动机使用的很可能是煤油,而不是液氢,这对飞行器结构设计有利,可以减小燃料储箱,对飞行器减重有利;英国的云霄塔特点相反,动力结构简单,可靠性高,但涡轮动力与火箭动力的切换速度只能达到5马赫,因此需要携带更多的燃料和氧化剂,再加上使用氢气作为燃料,整个飞行器的尺寸和重量非常大,对机体材料和防热材料的要求极高,未来是否会成为瓶颈还不得而知。
外行看门道 发表于 2016-8-4 11:33
补充一点,TG的组合动力飞行器与英国的云霄塔空天飞机在动力组合形式上有一些差异,TG的是以冲压发 ...
云霄塔的佩刀可不是什么涡喷(也许你想说的是火箭涡轮发动机?),而是预冷发动机。以液氦为介质,使用液氢冷却空气,将半液化的空气送入燃烧室,冷却空气的液氢气化后则送入外涵道以冲压模式燃烧。而且佩刀在5马赫以上超过98%的液氢流量都在外涵道以亚燃冲压模式燃烧,这时绝大多数推力也是冲压发动机提供的
楠宫萧vn 发表于 2016-8-4 11:56
云霄塔的佩刀可不是什么涡喷(也许你想说的是火箭涡轮发动机?),而是预冷发动机。以液氦为介质,使用液 ...
佩刀发动机属于强预冷航空发动机一类,其原理可以参考以下论文地址: http://www.doc88.com/p-3317610429770.html
这玩意宣传一下就没影了,CCTV这两天还是报道更实际的固推了。这就是个不成熟的东西,别说2030,个人认为2050都不一定看得到
据说中国超燃冲压也是煤油燃料,是不是有可能航空发动机和火箭发动机统一通用燃料呢
这玩意宣传一下就没影了,CCTV这两天还是报道更实际的固推了。这就是个不成熟的东西,别说2030,个人认为20 ...
个人认为你的个人认为毫无意义
tuneiwen 发表于 2016-8-4 12:53
这玩意宣传一下就没影了,CCTV这两天还是报道更实际的固推了。这就是个不成熟的东西,别说2030,个人认为20 ...
开始研制并不是说就是一个成熟的东西,而是说具备了研制的基础保障条件,这个基础条件就是指技术储备、工业基础以及国家投入。根据规划,3到5年完成关键技术攻关,之后启动原型机研制,通过不断的技术优化最终实现应用。TG在这个领域一直都在默默地发力,由于空天飞机与军事应用密切相关,出于保密的原因,神龙和遨天项目一直没有公开报道。这次发布消息之后,未来的技术演示验证项目应该就会公开报道了。当然,TG这次是以纯民用的项目作为切入点的,因此统一了宣传口径,使用一个中性词汇-------组合动力飞行器。
外行看门道 发表于 2016-8-4 12:10
佩刀发动机属于强预冷航空发动机一类,其原理可以参考以下论文地址: http://www.doc88.com/p-3317610429 ...
需要看一下这文章是你吧
warace 发表于 2016-8-4 12:53
据说中国超燃冲压也是煤油燃料,是不是有可能航空发动机和火箭发动机统一通用燃料呢
应该是统一燃料的
楠宫萧vn 发表于 2016-8-4 13:21
需要看一下这文章是你吧
尊重你的观点,我也保留自己的看法,呵呵,其实对于佩刀发动机的定位问题是有一些模糊地带的,因为它在传统涡扇发动机的结构基础上融入了预冷系统,工作机制上有不少的差异,就我掌握的资料来看,多数资料主要还是把它归为涡扇+火箭组合模式,当然我也看到有资料把它定位为RBCC的一种,总之佩刀的最核心技术就是预冷器。
外行看门道 发表于 2016-8-4 13:57
尊重你的观点,我也保留自己的看法,呵呵,其实对于佩刀发动机的定位问题是有一些模糊地带的,因为它在传 ...
预冷发动机和涡扇有什么关系?这东西更像火箭发动机
外行看门道 发表于 2016-8-4 13:22
应该是统一燃料的
航空煤油连黑鸟都不能用更不要说碳氢燃料受限于再生冷却最高速度也就5马赫,相比碳氢燃料亚燃冲压都没有任何优势,相比氢燃料亚燃冲压甚至都有一些劣势
关于高超飞行器的资料汇总,有些是公开的事实,有些是大神猜测的,真假不做评论
http://blog.sina.com.cn/s/blog_6efe4ea30102ww4a.html

楠宫萧vn 发表于 2016-8-4 11:56
云霄塔的佩刀可不是什么涡喷(也许你想说的是火箭涡轮发动机?),而是预冷发动机。以液氦为介质,使用液 ...
   有个疑问请教一下,佩刀这种预冷冲压发动机都可以达到5马赫,而现在实验和报道的超燃冲压发动机基本也就到5-6马赫速度上没有什么优势啊,并且超燃冲压也是要预冷的。想问一下超燃冲压发动机与之相比有什么优势?
lylistlike 发表于 2016-8-4 15:42
有个疑问请教一下,佩刀这种预冷冲压发动机都可以达到5马赫,而现在实验和报道的超燃冲压发动机基本也 ...
那是煤油超燃冲压,佩刀本质上是液氢亚燃冲压,当然最高速度差不多。但是液氢超燃冲压飞10马赫都没什么问题,X43A就飞过10马赫

楠宫萧vn 发表于 2016-8-4 16:22
那是煤油超燃冲压,佩刀本质上是液氢亚燃冲压,当然最高速度差不多。但是液氢超燃冲压飞10马赫都没什么问 ...


   看成x51了!X51a和X43a  有什么区别啊?都是超然冲压。
楠宫萧vn 发表于 2016-8-4 16:22
那是煤油超燃冲压,佩刀本质上是液氢亚燃冲压,当然最高速度差不多。但是液氢超燃冲压飞10马赫都没什么问 ...


   看成x51了!X51a和X43a  有什么区别啊?都是超然冲压。
这玩意宣传一下就没影了,CCTV这两天还是报道更实际的固推了。这就是个不成熟的东西,别说2030,个人认为20 ...
个人认为你的个人认为毫无干货,屁股决定脑袋的行为
魂之挽歌pic 发表于 2016-8-4 17:00
个人认为你的个人认为毫无干货,屁股决定脑袋的行为
切,别的不说,起飞发动机用啥?恐怕这个都没合适的可选吧
弯刀发动机和普通涡轮发动机的结构示意图(佩刀发动机是在弯刀的后端直接串联一个火箭发动机),从图中可以看出,除去额外增加的预冷系统,弯刀具有普通涡轮发动机的基本特征,核心压气机和空气涡轮,主要区别在于弯刀的燃烧室设计的比较特别,从内涵道移到外涵道。
外行看门道 发表于 2016-8-4 17:08
弯刀发动机和普通涡轮发动机的结构示意图(佩刀发动机是在弯刀的后端直接串联一个火箭发动机),从图中可以 ...
补充一下,弯刀内部的预燃室也是一个小型燃烧室 ,相当于普通涡轮机的核心燃烧室,而外涵道燃烧室则相当于加力燃烧室。
2016-8-4 17:51 上传


另外这才是佩刀的结构图,冷却后的空气继续冷却以半液化的状态直接进入燃烧室。主燃烧室实际上就是火箭发动机,只不过氧化剂不是通过了通道壁的液氧而是冷却后的空气。
用于冷却空气的液氢进入外涵道,外涵道有个环形的亚燃冲压燃烧室,高速状态下外涵道提供绝大多数推力,消耗绝大多数液氢流量。

外行看门道 发表于 2016-8-4 17:36
补充一下,弯刀内部的预燃室也是一个小型燃烧室 ,相当于普通涡轮机的核心燃烧室,而外涵道燃烧室则相当 ...


佩刀的压缩机是冷却空气的液氦膨胀驱动的,类同膨胀循环,和RL10他爹差不多
外行看门道 发表于 2016-8-4 17:36
补充一下,弯刀内部的预燃室也是一个小型燃烧室 ,相当于普通涡轮机的核心燃烧室,而外涵道燃烧室则相当 ...


佩刀的压缩机是冷却空气的液氦膨胀驱动的,类同膨胀循环,和RL10他爹差不多
航空煤油连黑鸟都不能用更不要说碳氢燃料受限于再生冷却最高速度也就5马赫,相比碳氢燃料亚燃冲压 ...
你来迟了,去年关于中国超燃的那篇官透介绍里面,中国超燃用的是航空煤油,那文章特别提到了这一点
warace 发表于 2016-8-4 17:58
你来迟了,去年关于中国超燃的那篇官透介绍里面,中国超燃用的是航空煤油,那文章特别提到了这一点
那是军用项目,类似X51,与西瓜大这个组合循环项目没太大关系
lylistlike 发表于 2016-8-4 16:28
看成x51了!X51a和X43a  有什么区别啊?都是超然冲压。
X51A是煤油超燃,在军事领域能够实用化。而X43A是液氢超燃冲压,液氢保存困难不具备军用领域实用化潜力。
“弯刀”(SCIMITAR)液氢预冷发动机,其中液氢利用轻质热交换提供动力。该型发动机能实现持续的5倍声速飞行。

楠宫萧vn 发表于 2016-8-4 17:54
弯刀就是佩刀的另一种翻译而已,而且那个火箭发动机不是串联,是佩刀的主燃烧室。

另外这才是佩刀的结 ...


   看上去这个比超燃要好实现多了,不知道现在进度如何?
   给人感觉液氢的超燃要比煤油的超燃好实现。
楠宫萧vn 发表于 2016-8-4 17:54
弯刀就是佩刀的另一种翻译而已,而且那个火箭发动机不是串联,是佩刀的主燃烧室。

另外这才是佩刀的结 ...


   看上去这个比超燃要好实现多了,不知道现在进度如何?
   给人感觉液氢的超燃要比煤油的超燃好实现。
这玩意宣传一下就没影了,CCTV这两天还是报道更实际的固推了。这就是个不成熟的东西,别说2030,个人认为20 ...
难道要新闻联播天天接连不断地报道就说明成熟?那固推也只报道一天就没影了,是不是也不成熟?
那我们下一代天地往返运输系统到底是谁家的,一院的还是611?
畸形人 发表于 2016-8-4 18:54
那我们下一代天地往返运输系统到底是谁家的,一院的还是611?
具体研制计划未来几年才会慢慢浮出水面,不过根据2013年的一次非官方消息,项目代号为921-706,也就是作为921载人航天项目(神州飞船项目)的后继项目,用于未来取代飞船执行载人天地往返运输,新一代飞船的载人天地往返型号(14吨级)最终会被921-706取代,而只保留星际载人飞行型号(20吨级),项目总体在航天科技一院,工程总体是611所,但实际上参与的企业和科研院所相当庞大,真正是工业基础的标杆之作。
具体研制计划未来几年才会慢慢浮出水面,不过根据2013年的一次非官方消息,项目代号为921-706,也就是作 ...
这么看来,真的是举全国之力
http://liuqiankktt.blog.163.com/blog/static/1212642112013720096547/
kktt老大的博客里面有提及921-706计划
那是军用项目,类似X51,与西瓜大这个组合循环项目没太大关系
军用都能让超燃用煤油,为什么民用反而不行?都是航天口的东西,哪来那么严格的区分,更何况在尖端项目上本来资源就是共用的,也只能共用
军用都能让超燃用煤油,为什么民用反而不行?都是航天口的东西,哪来那么严格的区分,更何况在尖端项目上 ...
我已经说的很清楚了,煤油超燃冲压最高速度才5到6马赫,这个速度液氢亚燃冲压都飞的到……
X51A是煤油超燃,在军事领域能够实用化。而X43A是液氢超燃冲压,液氢保存困难不具备军用领域实用化潜力。
你是不是搞错了


还是百度是错的


“X-51A飞行器,是美国空军研究实验室(AFRL)与国防高级研究计划局(DARPA)联合主持研制的超燃冲压发动机高超音速验证机——代号:乘波者(SED-WR,Scramjet Engine Demonstrator-Waverider)。
该飞行器由波音公司与普拉特·惠特尼(简称普惠)公司共同开发,由一台JP-7碳氢燃料超燃冲压发动机推动”
我已经说的很清楚了,煤油超燃冲压最高速度才5到6马赫,这个速度液氢亚燃冲压都飞的到……
我谈的是火箭发动机燃料和涡轮发动机和冲压发动机统一,我知道你意思,你的意思是用煤油的话超燃飞不了那么快,但你的例子有问题,x51a用的不是我说的煤油,至于国产煤油超燃的数据你也没有啊
同意warace的观点,军民融合发展已经上升为国家战略,上个月,也就是7月21号,TG发布了《关于经济建设和国防建设融合发展的意见》,以下是新华网的相关报道    http://news.xinhuanet.com/ttgg/2016-07/21/c_1119259282.htm
你是不是搞错了



JP-7就是黑鸟的燃料,可不是什么普通的航空没油。这东西高度精炼,结焦温度比航空煤油高多了
我谈的是火箭发动机燃料和涡轮发动机和冲压发动机统一,我知道你意思,你的意思是用煤油的话超燃飞不了那 ...
X51A最高速度就5马赫,法国的煤油亚燃冲压都接近过这速度
煤油飞不快的原因我说的很清楚了,高速飞行器的冷却是依靠燃料的再生冷却,受限于煤油的结焦温度,飞行器最高速度被极大的限制。