什么是真正的超音速巡航？

“2014珠海航展”刚刚落下帷幕，很多人在看报道的时候，难免会听到“超音速巡航”、“开加力”、“涡喷发动机”“涡扇发动机”等这样的专业术语。今天我们就来了解一下，什么是真正的超音速巡航，以及某些航空发动机。

伪超音速巡航

超音速，是指飞行器的飞行速度超过环境中的声速，比如在海平面高度，20℃空气中的音速大约是343米每秒，或1235千米每小时。这个都很好理解。然而，飞行器在飞行过程中，单位距离上消耗燃料最少的速度，才能称为巡航速度。

如果把超音速和巡航速度两个条件加在一起，严格来说，现在的很多战机，在介绍的时候说它具有超音速巡航能力，是不怎么准确的。这些战机确实能超音速飞行，但却是在开启“加力燃烧室”的情况下实现的，而开启加力燃烧室，就有点毕其功于一役的感觉了。那什么又是加力燃烧室呢？

加力燃烧室

要了解加力燃烧室，我们得先来了解一下喷气发动机的一般原理。

如上图，空气从进气道进入发动机后，会首先被高速运转的压气机狠劲压缩，之所以要压缩，是因为外界空气中的含氧量不足于支撑里面的剧烈燃烧。

高密度高压气体进入燃烧室，与燃油混合后，剧烈燃烧，继而产生温度更高压力更大的喷流，涡轮机被喷流冲击，高速旋转，通过轴，从而带动前面的压气机旋转，最后一步，喷流从喷口高速离开，产生强大的反推力，驱使飞机高速飞行。

实际上，喷气发动机很复杂，种类也很多，上面介绍的这种就属于“轴流式涡轮喷气发动机”，简称“涡喷发动机”，它一般用在早期的战斗机上，比如第一代和第二代战斗机就以这种发动机作为主要动力，它的特点是高速飞行时，效率高，但低速飞行时性能很差，现在处在淘汰的边缘。

而用在客机和现代战机上的，一般是“涡轮风扇发动机”。简称“涡扇发动机”。

从上图可以看出，“涡扇发动机”的原理与“涡喷发动机”基本类似，最大的不同点是，它在压气机的前面安装有巨大的进气风扇，这个大风扇除了可以协助压缩空气外，还能当作螺旋桨使用。

更直观清晰的涡扇发动机如下图：

从上图我们容易看出，涡扇发动机有两个空气通道，中心的那个叫做内涵道，外面的叫做外涵道。发动机在运转时，外涵道与内涵道空气流量的比值叫做涵道比。

涵道比越大越省油，经济性越好，高涵道比的发动机在亚音速时有非常好的能效，通常用于客机、运输机等。

虽然涡扇发动机的耗油低、噪音小，但是，高涵道比（比值目前大都在8以上）的涡扇发动机比较适合用在亚音速的客机上，战斗机如果使用，那么在超音速时，这样的巨大风扇无疑将带来致命的阻力。

因此，战斗机一般都采用低涵道比（比值小于1）的涡扇发动机，以此带来更小的阻力和更大的推力，可就算这样，要想实现超音速飞行，也不是一件容易的事，为了得到更高的推力，就必须进一步提高燃烧室的温度，然而，由于材料的限制，涡轮一般很难承受这样的高温。

怎么办呢？这就得靠“加力燃烧室”来解决了。

加力燃烧室位于涡轮的后方，因为那里没有旋转的部件，所以可以承受更高的温度。

当发动机开启加力时，推力瞬间可提高1.5倍左右，这样大的推力一般用在战斗机在航母上起飞，突破音障作超音速飞行、或者是正与敌机缠斗等情况下使用。

开启加力虽然能快速提高推力，但是，因为加力燃烧室里面的空气是已经被前面的燃烧室使用过一遍的，里面的含氧量不高，在这种情况下注入燃料进行燃烧，效率很低，耗油量非常巨大，一般战斗机在加力全开下，大多数不到十分钟就会耗尽所有油料。

真正的超音速巡航

鉴于很多战机的超音速巡航是在开启加力的情况下得到的，所以，这样的巡航不是真正意义上的超音速巡航，只能说，战机可以超音速飞行。

那么目前，真正意义上超音速巡航战机有哪些呢？别的先不说，我们先来了解一下F-35战斗机。据洛克希德-马丁公司副总裁证实，F-35战斗机不是一款能超巡的飞机，不过，其在打开加力，突破音障，到达1.2倍音速后，接着关闭加力，这样能维持1.2音速下冲刺241千米。

瞧，连大名鼎鼎的F-35战机都不能说自己百分之百就是一款超音速巡航战机，又何论其他。

超音速巡航作为第五代战机的一个标准，不是简单地，或者刚刚好过了音速就可以，要这样说的话，半个多世纪前，英国的“闪电”截击机也要归类到这里面，“闪电”截击机在不开加力的情况下也能达到1.01音速。

目前，在超音速巡航方面做得最好的是第五代隐形战斗机F-22，这是公认的一款超音速战机，在不开启加力的情况下，其巡航速度为1.82倍音速，这种高超音速巡行的性能，目前无机可比。

曾经，F22在和 F-15、F-16 的多次对比试飞中，每次都是要不了多久，F22就能把这两款战机远远地甩在后面，并且，当这两款飞机的油料频频告急的时候，F22油箱仍然剩下很多油，这就是高超音速巡航的优势。而另一个显而易见的优势是，在高超音速巡航状态下发射导弹时，导弹将具有更大的初速，射程会更远，有时甚至能提高50%的射程。这很好理解，因为导弹一离开机身，这屁股还没点燃呢，就已经拥有了飞机的超音速。如此说来，对于导弹来说，出身，也很重要。

发表于 2014-11-24 00:00
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