主题：【讨论】略谈空天飞机 -- 浣花岛主
家园 什么地方啊
家园 谁说AVATAR计划失败了？ 人家只是改成电影了。全球大卖呀。
家园 哎，印度的东西不说也罢 吹了半天，原来就是一个模型。兔共只做不说，印度只说不做，真是喜剧的一对。
文中所说的空天飞机的动力系统是有道理的。但是知易行难，模型要变成现实谈何容易？印度连LCA都没有搞定，哪里有资格讨论空天飞机？有雄心壮志是好事，但凡事需要脚踏实地。当然，如果别人的本意就是为了宣传，为吹牛而吹牛，倒也无可厚非。拉选票时还真需要搞这一套，毕竟印度是史上最牛的民主大国啦。
假定某人穿金戴银地招摇过市。印度人的反应是：“哇，真有钱，有面子，羡慕呀！”中国人的反应是：“又从哪儿冒出一农民工级的人物...”
这也许就是文化的不同吧。
家园 空天飞机的动力系统 未来没有人能够预料，所以这里当然只讨论近期内可行的空天飞机动力系统。
1）大气层外是真空，改变飞行器的速度和方向都需要消耗燃料，因此空天飞机要在大气层外飞行，就少不了若干台小型火箭发动机（此时神龙X号相当于一艘神舟飞船啦）。
2）在大气层内的高空飞行过程中，需要把空天飞机加速到10到25马赫（低轨道入轨速度为25马赫），这少不了超燃冲压发动机。
3）超燃冲压发动机只能在高超音速的条件下工作，所以从跑道到高空这一段旅途需要靠涡喷发动机（涡扇不适合高空高速），亚燃冲压发动机，或者大型助推火箭发动机来完成。
美国的X-43A和X-51技术验证机（注意它们都不是空天飞机；X-43A如下图）都采用了液氢超燃冲压发动机(scramjet)，都是被B-52运送到高空并被释放，然后靠助推火箭进一步加速到规定值（约4.5马赫），到最后才可以启动超燃冲压发动机。
一架空天飞机需要同时安装M种N台发动机，这是一个大问题。
家园 神字辈 根据第一条，空天飞机之所以命名为神龙，是因为与神舟有关，都是“神”字辈！
家园 空天飞机的动力系统确实是个大问题 一般的涡喷发动机很难达到3倍音速，SR71黑鸟的发动机实际上就是涡喷与亚燃冲压发动机的串联结构，即利用旁路进气道将涡喷的加力燃烧室变成冲压发动机的燃烧室。亚燃冲压发动机启动后前面的涡喷被屏蔽，气流不流过涡喷的压气机和燃烧室、涡轮等。所以要想达到超燃冲压发动机的5马赫速度，一般是由涡喷+亚燃冲压发动机+超燃冲压发动机+火箭发动机组成。
亚燃冲压发动机与超燃冲压发动机的做功循环不同，在5马赫之下，亚燃的效率要高于超燃，5马赫以上，超燃的效率高于亚燃。超燃的优势主要体现在：
1、 在高超音速条件下，气流经过进气道减速增压后，温度会迅速升高，随着速度增高甚至会出现空气进入白炽化。这时再喷入燃油燃烧，会造成燃烧产物分解，待从尾喷口喷出后，又会在空气中重新组合，这就浪费了燃烧的能量。
2、 在高速空气来流中，由于进气道的减速压缩和燃烧室的燃烧，会出现高温阻滞，增大了进气口的阻力。
一般超燃冲压式发动机的结构与亚燃冲压式发动机都很简单，两者的差别主要是燃烧室和燃烧室后的结构差异，亚燃发动机的燃烧室和燃烧室后部，一般是收敛—扩展结构；超燃发动机的燃烧室和燃烧室后部则是完全的扩张结构。这主要是因为亚燃发动机的燃烧后气流是亚音速的，经过收敛段的加速，加速为超音速气流，然后再经过扩张段继续加速。超燃发动机的燃烧前和燃烧后气流都是超音速的，因此直接通过扩张段加速。
目前超燃冲压发动机的进展并不理想，燃烧不稳定的问题一直没有很好的解决。去年美国经曾测试过的超燃冲压发动机在超音速气流中主动工作过几十秒。而印度则在火箭外的超音速气流中的超燃冲压发动机被动燃烧了几秒。
空天飞机使用超燃冲压发动机的确具有良好的前景，特别是高超音速的空天飞机都采用乘波体机身设计，可以将激波内的高压气体压在机体下从而产生升力，也同时可以将激波产生的高压气体最为进气为发动机服务，后机身的激波同时可作为尾喷口的扩展段继续加速喷口气流。因此发动机的进气道与尾喷口与机身一体化设计可以大大增加发动机效率，同时提高飞机的乘波特性。
另外还有一种效率更高，前景更好的高超音速发动机—脉冲爆震发动机，这种发动机的是利用间歇性爆震来差生推力。首先脉冲爆震发动机是等容循环，其他所有喷气发动机都是等压循环。等容循环的效率要比等压循环高很多。其二，脉冲爆震发动机的结构比冲压发动机还简单，就是一根管子，一段可封闭—开启。脉冲爆震发动机的燃烧方式与所有其他喷气发动机都不同，其他喷气发动机的燃烧过程是爆燃，而脉冲爆震发动机的燃烧过程是爆炸，这也就造成了脉冲爆震发动机目前存在的问题之一：发动机寿命很低，很快就会将发动机烧毁。另一个问题则是：推力是间歇性的，必须要多个发动机并联，才能保证推力均匀。
家园 另类飞机：从黑鸟到曙光女神 看了您的回帖后，我上网恶补了一把。其实小时候就看过有关SR-71“黑鸟”载人战略侦察机（见下图）的科普读物，但是后来没有仔细研究过。
正如您所说， 黑鸟的发动机是涡喷和亚燃冲压发动机的串联结构。从跑道到高空这一段旅途，依靠涡喷；进入高空高速状态后，就靠亚燃冲压了。这个1950年代的设计真是巧妙，中国没有理由不借鉴。
黑鸟这飞机很有点传奇色彩。从1964年到1998年的服役期间，总共32架黑鸟中有12架坠毁--都是因为事故，没有一架是被敌人打下来的。该机自从1976年来一直保持着吸气式载人飞机航速的官方世界纪录（3,529.6 km/h）。据说黑鸟的飞行员（身穿太空服）发现敌人的地空导弹后，标准的应对程序很简单：加速逃跑。
数年前看过发现频道的一个节目，上面说黑鸟在起飞前油箱是预先留有缝隙的，燃油漏个不停。进入高空高速状态后，机体与空气磨擦生热，油箱膨胀，然后缝隙就会消失。另外，黑鸟是第一种采用了雷达隐形技术的实用飞机（对于战略侦察机来说隐形技术太重要了）。黑鸟是很老的设计了，可是现在看起来还是那么另类，当年的美国确实人才济济啊。
与黑鸟相比，“曙光女神”无人战略侦察机（艺术想象图如下）就更离奇了。据称其正式编号为SR-91，最高时速达到6马赫，最大飞行高度达到3.88万米。美国政府从来没有承认过该机的存在，网上也很难找到相关的资料。
如果真有人看到曙光女神的绳结状尾迹，那么脉冲爆震发动机就很有可能已经实用化了。如果中国能够解决脉冲爆震发动机的所有问题，并且该发动机真能够胜任从静止到高超音速，从地面到超高空的所有任务，神龙X号就有望靠一台发动机来满足大气层内飞行的所有要求。让我们拭目以待吧。
家园 关于黑鸟的幽默 1、SR-71飞行员的回忆。（SR-71曾经是世界上飞的最快和最高的飞机）。
“我永远记得那一天的无线通讯，当时我正和沃尔特（我的后座驾驶员）一起在13英里高度划过南加利福尼亚的天空。
“在飞入洛杉矶空域的时候，我们一直监听着空中其他飞机和飞控中心的通讯。虽然飞控中心并不真正控制我们，但是它始终在自己的雷达上监视着我们。这时，我听到一个塞斯纳飞行员请求塔台读出他的地速。
“‘90节。’塔台回复。
“沉默了片刻，一架双发比奇也同样要求塔台读出它的地速。
“120节。’塔台回答。
“很明显那天并不只有我们对自己的地速感到自豪，因为几乎是立刻，无线电上传来一个F-18飞行员得意的声音‘哦，中心，dusty52’ 需要地速读出。’
“短暂的沉默之后，塔台回答‘地速525节，dusty。’
“又一阵短暂的沉默。正当我心里痒痒的考虑时机是否成熟的时候，我听到后座传来了熟悉的无线电开关的喀嗒声。就在这一瞬间，我明白我和Walt成了真正的拍档。
“中心，我是‘白杨’20，需要地速读数，完毕。’
“一阵比平常长的多的沉默之后：‘白杨’，我这里的读数是，呃……1742节(3200km/h)。
“于是那天那个频道没有更多的地速读数请求了。”
2、以下是另一段著名的SR-71与洛杉矶塔台的对话：
“请求60000英尺高度的空域使用权，over。”
沉默了片刻，传来了塔台调度员略带惊奇和嘲讽的声音：
“你打算怎么爬升到那个高度？”
沉默。飞行员回复：
“我们不打算爬升到那个高度。我们要下降到那个高度。over。”
家园 呵呵，黑鸟的确是超越时代的灰机啊 黑鸟就是典型的完善的基础工业+航空概念井喷+天才人物出现的案例。如果没有当时双三概念的兴起，没有战后航空技术的飞速发展，更重要的是没有凯利 约翰逊的天才头脑，都不会有这么惊世骇俗的灰机。黑鸟之所以是黑的，是因为在涂料中广泛使用了四氧化三铁颗粒，这种磁性颗粒可以在电磁波颗粒中形成微小环流，从而形成回波相互干扰，减少回波强度，这是最早的隐身设计。至于机体缝隙，其实也不是设计制造时故意留下的，而是频繁的热胀冷缩后这些裂缝堵不胜堵，干脆就让它留着吧，反正黑鸟的燃油一般的明火根本点不着。
说到“曙光女神”的绳结状尾迹，其实没人敢确定是不是它留下的，我是在其他论坛见到有人推测过根据曾在国内的天空中发现过绳结状尾迹而认为是曙光女神的，这个我也是听说，没见过这样的实证。
家园 革命尚未成功，同志还需努力 送花得宝，多谢。
1950年代美国在设计黑鸟，中国大概刚开始仿制歼五吧。这些年俺们奋起直追，缩短了不少差距，但还需继续努力呀。
对了，老哥您说“国内的天空中发现过绳结状尾迹”，这个会不会是俺们自己的飞机留下来的呢？这符合兔共鬼鬼祟祟的风格。YY一把，嘿嘿。
家园 动力系统俺们需要练就独门功夫 谢谢兄台的长文回复。
从已知的技术而言，俺觉得涡喷+亚燃冲压+超燃冲压+火箭发动机的方案比较可行。当然，如何协调这一堆发动机，确实是个大问题。（下面是涡喷，亚燃冲压，和超燃冲压发动机的比较图。）
脉冲爆震发动机的英文是pulse detonation engine吧？正如您所说，由于工作环境极端恶劣，脉冲爆震发动机的寿命很短。还有一个问题就是这东西噪音极大。不过，似乎理论上讲脉冲爆震发动机是效率最高的喷气发动机，而且其工作范围可以从亚音速一直到马赫6左右（请参见下面的链接）。马赫6以上就不行了吗？
http://en.wikipedia.org/wiki/Pulse_detonation_engine