为了取得较好的试验效果、降低研制难度并增大推力,美苏最早研制的超燃冲压发动机都使用比冲大、燃烧性能好的液氢燃料,理论上可达到的最大飞行速度为25马赫。但一旦涉及实用,尤其是将超燃冲压发动机用于各类军用飞行器时,需要低温贮存、补充困难且成本较高的液氢就显得不太使用,因此美国后来又开始研制使用碳氢燃料的超燃冲压发动机——所谓碳氢燃料,就是添加了各种添加剂的航空煤油。这种发动机的推力性能较差,理论上最大速度只能达到8马赫,但胜在实用。
这一领域最早的突破者是苏联/俄罗斯,其在90年代和21世纪初研制过多款使用液氢的超燃冲压发动机试验飞行器并进行过次数有限的飞行试验,并且有一款实用碳氢燃料的GLL-AP-02高超声速飞行器——后者在2013年莫斯科航展上出现过,但没有消息指出其进行过飞行试验。美国则是目前在这一领域的领先者。在介绍王振国的研究项目时,另一个被提及的外国型号便是美国的X-51A高超音速飞行器。作为世界上第一种以超燃冲压发动机为动力的高超声速飞行器,它的性能对于判断中国相关型号有着标杆作用。X-51A先后进行过四次试验,2010年5月26日,X-51A首次飞行试验取得成功,速度达到4.88马赫,超燃冲压发动机工作时间140秒。但接下来2011年6月和2012年8月的两次飞行测试都失败了。2013年5月1日,X-51A第四次飞行试验取得成功,最大速度达到5.1马赫,飞行高度18.3 km,超燃冲压发动机工作时间达到210秒,飞行距离426 km,创造了高超声速飞行器的飞行距离纪录。由于其最大飞行速度刚刚突破了高超音速5马赫的门槛,因此有理由相信,同样具备高超音速飞行能力的国产超燃冲压发动机飞行器的速度至少和X-51A相当,并且很有可能超过前者。
网友绘制的中国高超音速飞行器想象图
我国最早的超声速燃烧研究可以追溯到1987-1992年863计划“天地往返运输系统”论证中对空天飞机的研究,上世纪90年代,在921工程和863计划的推动下,国内多家单位开始了超燃冲压发动机预研,在超声速燃料点火、稳定燃烧、高超声速进气道设计、高超飞行器气动、材料、发动机/飞行器一体化总体设计等方面都取得了进展。还建成了一批相关地面设备。根据公开报道,2011年6月,至少有一种超燃冲压发动机演示验证飞行器实现了首飞。值得注意的是,我国公开的超燃冲压发动机中,有好几款都是以碳氢燃料即航空煤油作为动力来源,这表明我国研制这一系列先进技术的目的直接指向实用化高超声速飞行器。
值得注意的是,X-51A的研制方是美国空军研究实验室(AFRL)与国防高级研究计划局(DARPA),其中的后者投资的都是一些极具技术前瞻性的高精尖“黑科技”,其技术水平往往在全世界都无人出其右。在中国今天总体科技研究水平尚未全面赶超美国的前提下,在高超声速领域能够紧随美国脚步,这无疑是我国相关科研人员的光荣。在中国高超声速试验的刺激下,比中国早几年取得相关领域试验成功的美国已经开始正视中国的追赶,因此可能在近期内扩大相关投资,重新开展X-51A的试飞并加快AHW高超声速导弹的试验和部署进度,试图保持领先地位。
网友绘制的中国高超音速飞行器想象图
超燃冲压发动机技术有着极为重要的意义。目前我国已经完全掌握了(非超燃)冲压发动机的相关技术,比起此前的亚音速反舰导弹,采用(非超燃)冲压发动机的鹰击-91和鹰击-12系列反舰导弹已经将对手的预警和反应时间缩短了2/3。如果超燃冲压发动机实用化问题得以解决,即使不考虑在这基础上开发的各种侦察甚至载人飞行器,单纯将其用于反舰导弹,将导弹速度提升到6马赫左右
2014年以来,有关中国航空航天工业的新闻中能够发现不少与“高超声速”有关的产品和项目:首先是美国人最关心的从山西省五寨导弹试验基地发射的“wu-14”系列高超声速飞行器,从目前的情况看,这是一种使用长征-2号丙运载火箭发射升空,并在接近太空的高度进行滑翔的飞行器;第二种是近日已经交付阎良试飞试验基地并进行过飞行试验的某新型高超声速验证机,根据卫星照片和相关报道,应是由载机投放,使用火箭冲压串联组合发动机加速的高超声速飞行器;第三种是中航工业庆安公司发动机组刚刚完成方案设计工作的某“串联式涡轮冲压组合发动机”及其配套的高空高速飞机,尽管该机的性能参数尚不清楚,但根据相关消息,该机飞行速度可能达到高超声速的下限(4-5马赫);第四种是这次“冯如航空科技精英奖”中国防科技大学王振国教授带领团队研制的国家重大专项的××高超声速飞行器,以超燃冲压发动机为动力,已经完成了飞行试验。(目前尚无法确证王振国教授团队的获奖项目与在阎良基地试飞的飞行器是否就是同一项目)