據外媒報道，俄羅斯軍隊在2025年9月舉行的“西部-2025”聯(lián)合戰(zhàn)略演習期間，從巴倫支海成功試射一枚“鋯石”高超聲速導彈。導彈飛行速度超過7倍聲速，從發(fā)射到命中目標用時極短，留給對手防御系統(tǒng)的反應時間僅有短短十幾秒。
超燃沖壓發(fā)動機，全稱超聲速燃燒沖壓式發(fā)動機，是一種允許燃料在超聲速氣流中燃燒，從而產生動能推力的沖壓式發(fā)動機。與渦輪發(fā)動機相比，超燃沖壓發(fā)動機巧妙地利用飛行器在高速飛行時迎面氣流的沖壓效應，使氣流在進入發(fā)動機后被自然壓縮，省去了傳統(tǒng)渦輪發(fā)動機復雜的壓氣機渦輪部件。當飛行器的速度達到5倍聲速以上時，這種“壓縮”效應極其明顯，從而為超聲速燃燒提供必需的高溫高壓氣流。
超燃沖壓發(fā)動機主要由3大部件構成：進氣道、燃燒室和尾噴管。進氣道對高超聲速氣流進行適度的減速增壓，使其達到適合燃燒的狀態(tài);燃燒室內燃料與氣流充分混合并燃燒，將化學能轉化為熱能。燃燒后的高溫高壓氣體在尾噴管內進一步膨脹加速，并從噴口向后噴出，形成巨大推力。
超燃沖壓發(fā)動機能夠支持飛行器進行高超聲速飛行，相比之下，普通發(fā)動機存在推力極限，飛行器速度被限制在3倍聲速左右。例如，20世紀60年代美蘇開發(fā)的S-71“黑鳥”和米格-25戰(zhàn)斗機，最大飛行速度均不超過3馬赫。
究其原因，飛行器速度越快，需要發(fā)動機的推力越大，當飛行器速度超過3倍聲速時，渦輪發(fā)動機已不能滿足需求。相比之下，亞燃沖壓發(fā)動機能夠提供足夠推力，適用于超聲速飛行器。
當飛行器速度需要進一步增加到5倍聲速以上，甚至達到7倍聲速時，亞燃沖壓發(fā)動機復雜的內部結構，使其無法克服高溫、“熱障”等難題。超燃沖壓發(fā)動機通過允許氣流在燃燒室內保持超聲速狀態(tài)進行燃燒，能有效克服這些問題，使得飛行器以更高速度飛行成為可能。
超燃沖壓發(fā)動機的突出優(yōu)勢在于結構簡單、重量輕、推力大等，尤其推重比達20以上，這意味著發(fā)動機性能極優(yōu)，能夠為飛行器提供更高的機動性和更強的加速能力，對實現(xiàn)快速打擊、高空偵察和快速進入空間等軍事任務具有革命性意義。近年來，各軍事大國紛紛投入超燃沖壓發(fā)動機的研究，爭奪這一技術制高點。
美國在超燃沖壓發(fā)動機領域的研究起步較早，并取得一定成果。美國航空航天局旗下德萊頓飛行研究中心開發(fā)的極聲速飛行試驗機X-43，曾創(chuàng)下9.6倍聲速的速度紀錄。在美國空軍研究實驗室的支持下，美國洛克達因等公司研發(fā)的大推力超燃沖壓發(fā)動機完成為期12個月的地面試驗，驗證了發(fā)動機在不同超聲速條件下的性能。
俄羅斯在超燃沖壓發(fā)動機應用方面走在前列。目前，“鋯石”高超聲速導彈已投入實戰(zhàn)部署。這種吸氣式高超聲速巡航導彈從護衛(wèi)艦、巡洋艦和潛艇上發(fā)射，最大射程1000千米，戰(zhàn)斗部重達400千克，能以超過5倍聲速的飛行速度突破防空系統(tǒng)攔截，主要打擊大型艦艇集群和陸上高價值時敏目標等。
近年來，日本在超燃沖壓發(fā)動機領域取得一些進展。2022年7月，日本宇宙航空研究開發(fā)機構成功發(fā)射一枚小型火箭進行超燃沖壓發(fā)動機飛行測試，標志著日本在高超聲速武器研究領域邁出重要一步。
澳大利亞在超燃沖壓發(fā)動機技術方面也取得重要進展。該國一家公司完成氫動力超燃沖壓發(fā)動機測試，發(fā)動機功率是渦輪發(fā)動機的數倍。
多國圍繞超燃沖壓發(fā)動機的研發(fā)態(tài)勢，凸顯出這種發(fā)動機在國防與航空航天領域的重要價值。在這場競爭中，誰先掌握這項技術并投入使用，誰將可能在以高超聲速武器為主導的未來戰(zhàn)爭中占據主動權。
雖然超燃沖壓發(fā)動機前景廣闊，但其從實驗室走向成熟應用仍面臨著一系列技術挑戰(zhàn)。
首要挑戰(zhàn)在于超聲速燃燒的組織與控制。超燃沖壓發(fā)動機的燃料必須在以毫秒計的時間內完成噴射、蒸發(fā)、摻混、點火和燃燒等過程，其難度被形容為“在龍卷風中點燃一根火柴并保持穩(wěn)定燃燒”。為此，需要對燃料的噴射方式、噴注器設計、與空氣的摻混比例等一系列相關因素和條件進行極致優(yōu)化。
其次是熱管理問題突出。超燃沖壓發(fā)動機在工作時承受極高的熱負荷。當飛行速度達到6倍聲速時，氣流溫度達1400攝氏度，發(fā)動機內部氣流總溫達2700攝氏度以上。這意味著發(fā)動機材料必須能夠承受極端高溫，同時還需要高效的主動冷卻系統(tǒng)。通常，燃料也被用作冷卻劑，在進入燃燒室前先流經發(fā)動機的發(fā)熱部件對其進行冷卻。這就要求燃料不僅具有良好的燃燒性能，還要具有優(yōu)異的吸熱能力。如何設計高效的冷卻結構，平衡冷卻需求與燃料消耗量，避免熱量過度堆積，是一個復雜的系統(tǒng)工程難題。
最后，機體與發(fā)動機的一體化設計是一大難點。在高超聲速飛行條件下，飛行器的前體形狀影響進入發(fā)動機進氣道的氣流品質，后體形狀關系到發(fā)動機噴管燃氣的膨脹效率。因此，發(fā)動機與飛行器必須進行高度一體化設計，這涉及氣動力、結構、燃料供應和冷卻系統(tǒng)等多個方面，技術復雜度極高。
超燃沖壓發(fā)動機技術是掌控臨近空間和贏得快速打擊優(yōu)勢的核心關鍵技術，其發(fā)展水平關乎國防安全和戰(zhàn)略優(yōu)勢，而其成熟應用將深刻改變未來戰(zhàn)場形態(tài)和空天運輸模式。這場圍繞“更高速度”的角逐，一直在路上。
來源：中國軍網、解放軍報、中國國防報等綜合
