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TopGun:【原创】变！变！变！之向未来咆哮的黑鸟心

TopGun:【原创】变！变！变！之向未来咆哮的黑鸟心（续）：锦上添花

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J58的咆哮推进着黑鸟在几十年后的今天仍然保持官方速度记录，J58的咆哮也鼓舞着PW在涡轮+冲压的道路上继续前进。但随着二十一世纪的来临，J58的咆哮终于等到了回声——火神的回声。

火神是下面概念图所示高超音速飞行器的两套接力式动力装置之一：

图中的高超音速飞机正在大气层的边缘飞行。超高音速的气动加热使飞机外表成红热状态。

这种高超音速飞机有两套接力式动力装置：一是火神，负责把飞机从跑道静止加速到四倍音速以上；二是超音速燃烧冲压发动机（以下简称超燃冲压），把飞机从超过四倍音速加速到高超音速。超燃冲压要把飞机加速到多高速度？美国的计划是先实现六、七倍音速，但最终很可能要实现十倍音速以上。本文只谈这个接力的第一段——火神，因为这正是J58几十年的咆哮得到回声的所在。下面分四部分谈这个回声：一，火神出现之前；二，火神来临；三，火神简介；四，火神的未来。

一，火神出现之前

甚至在2005年以前，J58所开创的涡轮+冲压仍在高超音速飞机的第一接力段有非常重要的地位。毕竟黑鸟用这个方案在几十年前就以超过三倍音速持续飞行，采用新技术用类似的方案把飞机加速到四倍音速以上又有什么大的困难？

美国人因此以包括J58技术在内的一揽子技术为基础，发起了革命性涡轮加速器计划（RTA， Revolutionary Turbine Accelerator），如下图所示：

上图是2005年以前一个高超音速飞机动力系统的示意图，上方的标题是涡轮-超燃冲压组合发动机（Turbine-Scramjet Combination Engine）；图左下方的文字是：低速（Low-Speed），超音速RTA（0倍音速到4+倍音速）（Supersonic RTA (Mach 0-4+) ），革命性涡轮加速器（Revolutionary Turbine Accelerator）；图中右下方的文字是：高速（High-Speed），超染冲压发动机（4倍音速到15倍音速）（Hypersonic Scramjet (Mach 4-15)）。

二，火神来临

但是这个中规中矩的革命性涡轮加速器计划在2005年被终止了，因为另一种动力概念可以至少比J58代表的亚音速燃烧冲压发动机有20%到30%的效率提升。这个动力概念就是CVC恒定容积燃烧概念。CVC是Constant Volume Combustion，即恒定容积燃烧的缩写。

无论涡喷、涡扇、还是冲压发动机，都是以恒定压力燃烧的方式工作。CVC恒定容积燃烧发动机却是以恒定容积燃烧。具体的细节我现在也没弄明白，如果诸位有知道的，希望能够指点。我在本文只是指出两种主要CVC恒定容积燃烧发动机，并简要介绍其中一种极可能率先投入使用的发动机。

两种主要CVC发动机是：PDE脉冲爆燃发动机；CDE连续爆燃发动机。其中PDE脉冲爆燃发动机是技术挑战相对小一些并极可能率先投入使用的CVC发动机。

下图是PDE脉冲爆燃发动机的一个基本工作循环示意图：

图中的管子状物就是PDE发动机。发动机的右端是喷口，左端上方开口是空气进气口、下方开口是燃料喷口。

图中1是发动机内腔进行燃料和空气混合；2是点火；3是开始爆燃；4是膨胀；5是排出燃气；6是用空气清洁内腔。图中右上方文字表示：这个循环每秒钟重复高达40到80次。图中下方黄框中文字表示：简单的基本循环，实用上非常具有技术挑战性。

美国决定以CVC恒定容积燃烧发动机和现有涡轮发动机一起，为高超音速飞机开发火神动力系统。RTA革命性涡轮加速器计划终止，火神登场。

三，火神简介

火神是基于现有发动机和CVC恒定容积燃烧发动机的组合。现有发动机指F100、F414、F119这些现役的两倍音速飞机的发动机。现有发动机把高超音速飞机加速到二倍音速以上后CVC启动，CVC把飞机加速到四倍音速以上。这个CVC极有可能是PDE脉冲爆燃发动机，因为PDE是相对而言技术最成熟的CVC恒定容积燃烧发动机。

火神动力系统中现有发动机和CVC有两种总体布局方式：双流路方案和同轴方案。

双流路方案中现有发动机和CVC以平行的方式安装。它们共用进气口和喷口，但是进气道在共用进气口后面分成两路，一路接现有发动机、另一路接CVC。现有发动机的喷管与CVC的喷管在喷口附近合成一个共用的喷口。

同轴方案是或者CVC同心地布置于现有发动机的外环，或者二者串接，或者是前二者的组合。其实J58某种程度上可以看作一种涡喷与冲压的串接。我个人倾向这种同轴方案，因为这可以避免平行方案中复杂的双进气道、双喷管；这也是将现有发动机与CVC高度融合为一种新发动机的途径。

四，火神的未来

除了为高超音速飞机跑第一棒接力，火神将为飞行器提供在四倍音速以上持续飞行的能力。现有的简单涡轮风扇发动机使F-22以超过一点五倍音速巡航，正在开发的ACE适应循环发动机大概可以使飞机在高达二点四倍音速巡航，火神可以再进一步。

火神的另一个可能的发展是其CVC部分的继续完善，甚至完全代替火神中的现有涡轮发动机。

CVC中，至少PDE脉冲爆燃发动机在零速度和低速时也可以有效工作。随着CVC技术的完善，火神中的现有涡轮发动机的作用会越来越小，CVC的作用会越来越大，甚至可能不再需要现有发动机。

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