如何看待我国成功研制超音速乘波飞行器？
一、什么是超音速乘波飞行器（Scramjet）？
首先，让我们来了解一下什么是超音速乘波飞行器，特别是它与我们熟悉的超音速、高超音速飞行的区别。
超音速飞行 (Supersonic Flight): 指飞行速度超过声速（约1马赫，即1225公里/小时）的飞行。飞机在达到超音速时，空气无法及时从飞机前方绕过，会形成激波。传统的超音速飞机（如战斗机、协和式客机）使用的是涡轮喷气发动机或涡轮风扇发动机，它们在高超音速下效率会急剧下降。
高超音速飞行 (Hypersonic Flight): 指飞行速度达到5马赫（约6125公里/小时）或更高的飞行。在这个速度区间，空气会发生剧烈的化学反应（电离），对材料和发动机设计提出了极高的挑战。
超音速乘波飞行器 (Scramjet Supersonic Combustion Ramjet): 顾名思义，它是一种利用“乘波”原理的超音速燃烧冲压发动机（Supersonic Combustion Ramjet）。其核心技术在于发动机内部气流始终保持超音速状态。
进气道 (Inlet): 在飞行速度足够高时，通过精妙设计的进气道，将高速运动的空气压缩并引入发动机。这个过程利用了空气动力学的“乘波”原理，即通过飞行器的外形设计，使其自身产生的激波与飞行器表面紧密贴合，形成一个稳定的激波面。这就像骑手乘在海浪上一样，能够以极小的能量损失将空气引入发动机。
燃烧室 (Combustion Chamber): 这是Scramjet最关键的部件。在超音速气流中，加入燃料并使其与氧气高效燃烧，是极其困难的。不同于传统的冲压发动机（Ramjet）在燃烧室内会减速气流至亚音速（或跨音速）再燃烧，Scramjet在整个过程中，气流的速度都保持在超音速。这要求燃料必须在极短的时间内（毫秒级别）与高速流动的空气充分混合并燃烧，释放出巨大的能量。
喷管 (Nozzle): 将燃烧产生的超音速高温高压燃气加速膨胀，产生强大的推力。
简而言之，Scramjet的核心优势在于能够在超音速（特别是高超音速）下实现高效的空气动力和燃烧效率，理论上可以达到更高、更远的飞行速度。
二、我国在超音速乘波飞行器研制上的成就意味着什么？
我国成功研制出超音速乘波飞行器，绝不仅仅是制造了一个新概念的发动机，其背后蕴含着一系列复杂而尖端的技术突破和战略意义：
1. 颠覆性的动力技术突破：
超音速燃烧技术: 这是Scramjet的核心难题，也是最难攻克的瓶颈。在极高的速度下，空气与燃料的混合、点火和燃烧过程非常短暂且不稳定，需要精确控制燃料喷注、混合方式以及燃烧室的几何形状。我国的成功意味着我们已经掌握了在超音速流动条件下实现稳定高效燃烧的关键技术。
高精度空气动力学设计: 乘波原理要求飞行器外形与激波完美匹配，这需要极其精密的空气动力学设计能力，包括激波发生器、压缩面等的设计。我国的成功表明我们在复杂气动外形设计和数值模拟方面取得了重大进展。
耐高温材料和结构: 在超音速和高超音速飞行中，飞行器表面和发动机部件会承受极高的气动加热和燃烧热负荷。我国的成功表明我们已经研制出能够承受极端高温的先进材料（如耐高温合金、陶瓷复合材料等）以及相应的结构设计和热防护技术。
先进的控制系统: 飞行器在高超音速下的飞行姿态和发动机参数需要精确的实时控制，以保证稳定性和安全性。这要求有先进的传感器、数据处理和控制算法。
2. 战略意义的提升：
空天一体化能力: Scramjet飞行器是实现空天一体化飞行（即既能在大气层内飞行，也能进入太空轨道并返回）的关键技术之一。它能够以极高的速度突破大气层，并可能在未来实现太空飞行的“一箭多星”或快速往返。
国家安全和国防力量的增强:
快速打击能力: 装备了Scramjet发动机的飞行器，能够以极高的速度和较长的航程对目标进行快速、精准的打击，极大增强了战略打击能力，缩短了反应时间，提升了突防能力。
侦察和监视能力: 高超音速飞行器能够快速抵达目标区域，进行高分辨率的侦察和监视，其速度优势使其难以被拦截。
战略威慑: 掌握了这一尖端技术，无疑会极大地提升我国的国防威慑力，对潜在对手形成强大的心理和战略压力。
空间运输和商业航天领域的潜力:
低成本、高效率的进入太空: 相较于传统的火箭发射，Scramjet技术有望大幅降低进入太空的成本，并实现更灵活的发射方式。未来可能出现能够像飞机一样起降的“空天飞机”，执行载人航天、卫星部署、空间站补给等任务。
快速洲际运输: 理论上，Scramjet技术可实现全球范围内的快速客运和货运，将数小时的飞行缩短至几十分钟。例如，从北京飞往纽约可能只需12小时。
科技自主创新能力的证明: 这项技术的成功研制，是中国“集中力量办大事”战略的又一次生动体现，证明了我国在基础科学研究和工程应用能力上的巨大进步，是国家科技实力和综合国力的重要标志。
三、研制过程中可能遇到的挑战和细节：
超音速乘波飞行器的研制是一个极其复杂且充满挑战的过程，每一项技术突破都来之不易。在研制过程中，可能涉及的细节和遇到的挑战包括：
极端气动加热与热防护:
挑战: 在马赫数20以上的飞行速度下，空气与飞行器表面摩擦产生的温度可达数千摄氏度，远超常规金属材料的熔点。
细节: 需要开发耐高温的陶瓷基复合材料（CMC）、高温合金、甚至使用主动冷却技术（如将燃料预冷流经发动机壁面吸收热量）来保护结构。
超燃冲压发动机（Scramjet）的燃烧稳定性与效率:
挑战: 在超音速气流中实现燃料与氧化剂（空气中的氧气）在极短时间内（几毫秒）高效混合和燃烧是最大的技术难点。燃烧室内的温度和压力变化剧烈，容易导致火焰熄灭或不稳定燃烧。
细节: 需要研究多种燃料喷注技术（如液态氢、液态甲烷、煤油等）及其与超音速气流的混合模式，优化燃烧室的几何形状，并采用先进的点火技术。需要进行大量的风洞试验和数值模拟来验证和优化燃烧过程。
精确的进气道设计与激波控制:
挑战: 进气道需要将超音速气流平滑地引入燃烧室，同时实现必要的压缩，并且要尽可能地减小阻力损失。同时，进气道的设计必须与飞行器的整体外形相结合，利用自身产生的激波为气流加速和压缩提供条件。
细节: 采用多激波压缩的设计，精确控制激波的产生、传播和汇聚。进气道的形状需要根据不同的飞行速度进行调整，这可能需要带有可动部件的复杂进气道设计。
结构一体化与轻量化:
挑战: 高超音速飞行器通常追求极高的速度和机动性，这就要求结构设计必须轻巧而坚固，同时要与动力系统、热防护系统紧密集成。
细节: 采用整体式结构设计，减少连接件，采用先进的复合材料制造技术，以及集成化的热管理系统。
高精度测试与验证:
挑战: 在地面模拟出真实的超音速飞行环境（如高空、高速、高温）进行精确的测试和验证极其困难。
细节: 需要建造先进的高超音速风洞（如激波风洞、燃气驱动风洞），并配备先进的测量设备，如激光诱导荧光技术（LIF）、粒子图像测速技术（PIV）等，来捕捉和分析高速气流和燃烧过程。
飞行控制与导航:
挑战: 在极高的速度下，飞行器的气动特性和环境变化都非常复杂，对控制系统的精度和响应速度提出了极高的要求。
细节: 需要开发高鲁棒性的飞行控制算法，以及能够适应超音速飞行环境的传感器和导航系统。
四、未来展望：
我国成功研制超音速乘波飞行器，标志着我们在高超音速技术领域迈出了关键一步。这只是一个起点，未来的发展方向和潜力巨大：
武器装备的升级换代: 将催生新一代的战略轰炸机、高超音速导弹等先进武器装备，彻底改变未来战争的形态。
空天运输系统的发展: 推动“空天飞机”从概念走向现实，实现天地往返的常态化和低成本化。
太空探索的加速: 为未来更快速、更高效的太空探索任务提供动力支持。
全球商业运输的革命: 有可能颠覆现有的全球航空运输模式，实现超快速点对点运输。
总结：
我国成功研制超音速乘波飞行器，是我国科技自主创新能力的一次重大飞跃，也是一项具有深远战略意义的成就。它不仅代表着我国在航空航天动力学、材料学、空气动力学和控制系统等尖端技术领域取得了突破性进展，更为我国国防安全、空间探索和未来经济发展开辟了全新的可能性。这项成就的背后，凝聚了无数科研人员的智慧和汗水，是中国科技实力强大的有力证明，值得我们骄傲和期待。当然，任何一项颠覆性技术的成熟都需要一个过程，未来还有许多挑战需要克服，但可以肯定的是，中国的超音速乘波飞行器技术，必将载入史册，并为人类文明的进步做出贡献。
网友意见
作者：王孟源
发表日期 : 2014-08-20 21:54
那么什么是“高超音速飞行器”（Hypersonic Vehicle）呢？一般定义为5倍音速（5 Mach）以上的飞行器。这些飞行器只能在大气层边缘极稀薄的空气里运行，否则空气阻力会使其燃烧坠毁，所以飞行高度大约在100公里左右，目前只能由弹道导弹或卫星火箭来发射。高超音速飞行器又分为两类：有动力和无动力。在这么高的速度下，连衝压引擎（Ramjet）都无法有效工作，更别提普通的喷射引擎了，所以必须开发超衝压引擎（Supersonic Ramjet, or Scramjet）；美国和澳洲在这方面最领先，但是几次试験只有失败没有成功。因此所谓的高超音速飞行器成功试射，到2014年为止都还只是无动力的滑翔飞行器。
虽然俄国和印度也有高超音速飞行器的研究计划，但是没人相信俄国在三年之内，印度在三十年之内能成功试射，现在基本上是美国和中共之间的竞赛。美国有两个方案：AHW（Advanced Hypersonic Weapon，先进高超音速武器）是陆军委托桑迪亚国家实验室（Sandia National Lab）搞的，2011年十一月试射成功，速度低于10 Mach，飞行距离连火箭助推段共3700公里。从下图可以看出AHW基本上是一个标准的洲际弹道飞弹弹头加上四片小翼，它其实只是一款能小幅机动的弹道飞弹弹头，而没有以高超音速滑翔的能力，所以3700公里比助推火箭的原本射程还小。HTV-2则是空军委托DARPA（Defense Advanced Research Projects Agency，国防部先进研究局）办的Falcon Project（飞隼计划）的最新设计，速度达到20 Mach，预定飞行距离10000公里以上。这才是真正的高超音速飞行器，可是HTV-2在2010年和2011年两次试射都失败，DARPA只好重新设计下一代的飞行器。
共军的WU-14在今年的一月9日第一次试射，可能使用了东风导弹（目前的小道消息指出用的是全新的东风16）来助推。八月7日的试射改用了长征二号丙火箭（CZ-2C）。两次试射距离都在1000公里左右。目前有关WU-14的细节基本上是一片空白，既没有图片也没有数据，连名字都没有（WU-14是美国给的编号），不过有些侧面的资料：首先是研究的工具；高超音速飞行器需要高超音速风洞，20世纪的高超音速风洞是活塞式的，速度低，持续时间短，压力不稳定，例如日本的HIEST（High Enthalpy Shock Tunnel）最高气流速度在16Mach以下（相当于5Mach的飞行器），在不到2毫秒（ms，millisecond）工作时间内，压力损失达到30%，根本不足以进行有用的实験。1990年代末期出现的爆轰驱动激波风洞实现了革命性的进步，中共建立了JF10，德国有TH2-D，美国的国家航空太空总署（NASA）则建了HYPULSE（Hypersonic Pulse Facility），最高气流速度都达到了20Mach以上，工作时间超过了6毫秒。中共在这方面明显地领先全球，2012年进步到了JF12，最高气流速度达到了惊人的30Mach，工作时间长达100毫秒，可以有效地复制9Mach飞行器的飞行条件，这对WU-14的开发必然有极大的帮助。
在用途方面，美国现阶段的目标是开发一款能在一小时内打遍全球的飞弹，可是弹道导弹早已有此能力，高超音速飞行器在性能，价格和技术成熟度上都没有优势。长期来说，美国希望发展高超音速轰炸机，这更是空军为了保全飞行员职位的白日梦。高超音速轰炸机的雷达及红外线特症必然极为明显，本身极为脆弱巨大，不能快速转向，又不像弹道导弹在大气层外可以施放诱饵，在反导技术日益成熟的今日，其生存能力基本上等于零。所以高超音速飞行器对美军的价值是很有疑问的。对共军来说，则刚好相反，高超音速飞行器是用来加强弹道导弹的功能的，尤其是东风21这类中程飞弹，换装小型高超音速飞行器弹头之后，不但射程增加1/3以上，而且可以在中途做高机动转向以规避像THAAD或GMD之类的反导飞弹系统，这才是高超音速飞行技术的军事实用价值所在。
【后注】美国陆军于八月25日进行AHW的第二次试射，因火箭故障在发射后即爆炸而失败。原本计划总飞行距离6500公里，包含AHM的侧向机动试験。美国陆军应会重覆这个试射，但何时进行还不清楚。
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