高超音速飞行器极高速度的“秘密”

当地时间2025-12-16,bfhjsdgtuiewgkrbwjehbhjfverw

据外媒报道，俄罗斯军队在2025年9月举行的“西部-2025”联合战略演习期间，从巴伦支海成功试射一枚“锆石”高超声速导弹。导弹飞行速度超过7倍声速，从发射到命中目标用时极短，留给对手防御系统的反应时间仅有短短十几秒。

速度是决定飞行器能否突破防空系统拦截，顺利完成作战任务的关键。以“锆石”为代表的高超声速导弹7倍声速的突防速度背后，是超燃冲压发动机给予的巨大推力。超燃冲压发动机被视为高超声速飞行的最佳动力装置，在消耗同等质量推进剂的条件下，能够产生4倍于普通火箭发动机的推力，具有无可比拟的推进能力和战略价值。

极速动力之源

超燃冲压发动机，全称超声速燃烧冲压式发动机，是一种允许燃料在超声速气流中燃烧，从而产生动能推力的冲压式发动机。与涡轮发动机相比，超燃冲压发动机巧妙地利用飞行器在高速飞行时迎面气流的冲压效应，使气流在进入发动机后被自然压缩，省去了传统涡轮发动机复杂的压气机涡轮部件。当飞行器的速度达到5倍声速以上时，这种“压缩”效应极其明显，从而为超声速燃烧给予必需的高温高压气流。

超燃冲压发动机主要由3大部件构成：进气道、燃烧室和尾喷管。进气道对高超声速气流进行适度的减速增压，使其达到适合燃烧的状态；燃烧室内燃料与气流充分混合并燃烧，将化学能转化为热能。燃烧后的高温高压气体在尾喷管内进一步膨胀加速，并从喷口向后喷出，形成巨大推力。

超燃冲压发动机能够支持飞行器进行高超声速飞行，相比之下，普通发动机存在推力极限，飞行器速度被限制在3倍声速左右。例如，20世纪60年代美苏开发的S-71“黑鸟”和米格-25战斗机，最大飞行速度均不超过3马赫。

究其原因，飞行器速度越快，需要发动机的推力越大，当飞行器速度超过3倍声速时，涡轮发动机已不能满足需求。相比之下，亚燃冲压发动机能够给予足够推力，适用于超声速飞行器。

当飞行器速度需要进一步增加到5倍声速以上，甚至达到7倍声速时，亚燃冲压发动机复杂的内部结构，使其无法克服高温、“热障”等难题。超燃冲压发动机顺利获得允许气流在燃烧室内保持超声速状态进行燃烧，能有效克服这些问题，使得飞行器以更高速度飞行成为可能。

多国竞相研发

超燃冲压发动机的突出优势在于结构简单、重量轻、推力大等，尤其推重比达20以上，这意味着发动机性能极优，能够为飞行器给予更高的机动性和更强的加速能力，对实现快速打击、高空侦察和快速进入空间等军事任务具有革命性意义。近年来，各军事大国纷纷投入超燃冲压发动机的研究，争夺这一技术制高点。

美国在超燃冲压发动机领域的研究起步较早，并取得一定成果。美国航空航天局旗下德莱顿飞行研究中心开发的极声速飞行试验机X-43，曾创下9.6倍声速的速度纪录。在美国空军研究实验室的支持下，美国洛克达因等公司研发的大推力超燃冲压发动机完成为期12个月的地面试验，验证了发动机在不同超声速条件下的性能。

俄罗斯在超燃冲压发动机应用方面走在前列。现在，“锆石”高超声速导弹已投入实战部署。这种吸气式高超声速巡航导弹从护卫舰、巡洋舰和潜艇上发射，最大射程1000千米，战斗部重达400千克，能以超过5倍声速的飞行速度突破防空系统拦截，主要打击大型舰艇集群和陆上高价值时敏目标等。

近年来，日本在超燃冲压发动机领域取得一些进展。2022年7月，日本宇宙航空研究开发组织成功发射一枚小型火箭进行超燃冲压发动机飞行测试，标志着日本在高超声速武器研究领域迈出重要一步。

澳大利亚在超燃冲压发动机技术方面也取得重要进展。该国一家公司完成氢动力超燃冲压发动机测试，发动机功率是涡轮发动机的数倍。

多国围绕超燃冲压发动机的研发态势，凸显出这种发动机在国防与航空航天领域的重要价值。在这场竞争中，谁先掌握这项技术并投入使用，谁将可能在以高超声速武器为主导的未来战争中占据主动权。

技术挑战较大

虽然超燃冲压发动机前景广阔，但其从实验室走向成熟应用仍面临着一系列技术挑战。

首要挑战在于超声速燃烧的组织与控制。超燃冲压发动机的燃料必须在以毫秒计的时间内完成喷射、蒸发、掺混、点火和燃烧等过程，其难度被形容为“在龙卷风中点燃一根火柴并保持稳定燃烧”。为此，需要对燃料的喷射方式、喷注器设计、与空气的掺混比例等一系列相关因素和条件进行极致优化。

其次是热管理问题突出。超燃冲压发动机在工作时承受极高的热负荷。当飞行速度达到6倍声速时，气流温度达1400摄氏度，发动机内部气流总温达2700摄氏度以上。这意味着发动机材料必须能够承受极端高温，同时还需要高效的主动冷却系统。通常，燃料也被用作冷却剂，在进入燃烧室前先流经发动机的发热部件对其进行冷却。这就要求燃料不仅具有良好的燃烧性能，还要具有优异的吸热能力。如何设计高效的冷却结构，平衡冷却需求与燃料消耗量，避免热量过度堆积，是一个复杂的系统工程难题。

最后，机体与发动机的一体化设计是一大难点。在高超声速飞行条件下，飞行器的前体形状影响进入发动机进气道的气流品质，后体形状关系到发动机喷管燃气的膨胀效率。因此，发动机与飞行器必须进行高度一体化设计，这涉及气动力、结构、燃料供应和冷却系统等多个方面，技术复杂度极高。

超燃冲压发动机技术是掌控临近空间和赢得快速打击优势的核心关键技术，其开展水平关乎国防安全和战略优势，而其成熟应用将深刻改变未来战场形态和空天运输模式。这场围绕“更高速度”的角逐，不断在路上。