中国这个技术一出，让美国赶不上( 二 )
与弹道导弹相比 ，HGV的弹道要飘忽得多
但HCM的弹道更加低平 ， 更难探测 ， 也可达到更高的射程和机动性HCM是终极高超音速武器 。 美国曾经想一步到位 ， 直接发展HCM ， 但卡在动力问题上 。 X-51虽然达到210秒 ， 但这是高度优化的实验条件 ， 而且工作时间太短 ， 离实用化还有巨大的距离 。 在美国“先放一放”的时候 ， 中国悄悄赶上来了 ， 而且一下子在两个关键技术上取得突破 。在各种已知的航空动力中 ， 火箭发动机的工作时间太短 ， 常规涡轮类喷气发动机难以突破M2.5以上的速度 ， 常规的亚燃冲压也很难突破M4 ， 因为阻力的增加已经快于推力的增加了 。 只有超燃冲压能用于HCM 。 这也是冲压发动机 ， 属于喷气发动机 ， 但没有常规涡轮类喷气发动机的涡轮机械 。 超燃冲压在外观上就是一截空心筒子 ， 但这空心筒子大有讲究 。与亚燃冲压相比 ， 超燃冲压的进气压缩、燃烧和形成推力都是在超音速条件下进行的 。 与亚燃冲压需要把进气降低到亚音速、然后把燃气加速到超音速相比 ， 大大降低了阻力 。 但在超音速条件下 ， 不仅燃烧难以稳定 ， 还有高温问题 ， 很容易超过结构材料的耐温极限 。 范学军团队的主要贡献在于热端部件主动冷却技术 。以燃烧为原动力的发动机通常都有某种冷却 。 汽车发动机基本上采用液冷 ， 循环的冷却液从发动机带走热量 ， 然后把热量通过散热器向空气中散发；喷气发动机主要依靠空气流动和燃气喷出带走热量 。 但主动冷却在发动机热端部件（对超燃冲压来说 ， 就是燃烧室和喷嘴）表面下遍布毛细管 ， 通入碳氢燃料 ， 在流动中带走热量 ， 降低表面温度 。 碳氢燃料吸热升温后 ， 实际温度超过点燃温度 ， 但由于无氧环境而只是升温 ， 并不燃烧 。 但碳氢燃料注入燃烧室的时候 ， 一方面自然地降压气化 ， 另一方面与进气中的氧混合并自然燃烧 ， 比通常的点燃更加高效可靠 。碳氢燃料是燃油的高级形式 ， 进一步的话可容易地转变为液氢 ， 吸热和燃烧效率更高 。 但液氢的制备和储存比碳氢燃料要复杂 ， 常温常压下的稳定性也不如碳氢燃料 。 范学军团队用的是成本更低、稳定性更好的碳氢燃料 。主动冷却的道理不复杂 ， 优点也明显 ， 但恶魔就在细节之中 。 碳氢燃料在毛细管里的流动需要考虑淤塞问题 。 毛细管的分布更是有大讲究 ， 过于细密没有必要 ， 过于粗疏则达不到目的 。 更大的问题是 ， 在流动网络里 ， 优势流动（preferential flow）使得流动的分布偏离预想的均匀 ， 一束看起来差不多的管路里 ， 路径“顺”的流量可能高于需求 ， 路径“不顺”的则可能流量不足 ， 必须通过精细的管径、弯头设计来平衡流量分布 ， 确保均匀吸热 。 路径之间中途互联可以在部分路径淤塞的时候 ， 用绕流弥补 ， 但使得优势流动的问题进一步复杂化 。 毛细管内的流动还需要避免流体加热气化后导致气阻的问题 。范学军团队不仅解决了大量理论和设计问题 ， 还在怀柔建造了大型测试装置 ， 解决了工程问题 ， 使得研究成果达到很高的技术成熟程度 。根据力学所的介绍 ， 范学军在普林斯顿获得博士后 ， 成为力学所研究员、博导 ， 担任某部委运载技术专业组专家、国家重大专项燃料组专家与某重大专题技术首席 。 他在国内率先开展主动冷却发动机技术研究 ， 在力学所怀柔基地建成首套主动冷却技术综合试验平台 ， 技术上处于国际领先水平 。 他领导研制成功了我国首台主动冷却燃烧室并通过长时间试验考核 。 近年来 ， 共发表国内外杂志论文50多篇、会议论文与国防技术报告100多篇 ， 发明专利申请30多项、已授权近20项 。 2006年 ， 荣获国防科技二等奖；领导的技术研究团队荣获了国家重大专项2011年度优秀研究团队奖 ， 个人获得2013年度先进个人二等奖；同时获得首届“冲压发动机及其组合循环发动机科学研究兴舟奖”；2016年获得国务院“政府特殊津贴”；2017年被聘为中科院特聘研究员 。 但这不是中国高超音速科研大军里唯一的尖子队 ， 北航的高超音速强预冷团队是另一个 。主动冷却技术提高发动机热端部件的耐热能力 ， 进气强预冷可以进一步提高 。 不久前 ， 英国的SABRE发动机实现了强预冷 ， 可在0.01秒内将1000度的进气冷却到零下150度 。 这是很了不起的成就 。 北航团队的具体技术和应用没有公布 ， 但也是同样性质的 。强预冷不仅大幅度提高发动机热端部件的耐高温极限 ， 还急剧缩小了进气体积 ， 提高了进气密度 。 这使得在同样的进气口体积流量下 ， 压气机的体积流量大幅度降低；或者在同样的压气机体积流量下 ， 大幅度提高气流中的氧含量 。 前者可以等效为提高了进气口流速的上限 ， 使得同样的发动机技术可以在更高的速度下工作；后者对空气稀薄的极高空特别重要 ， 可以使得喷气发动机可以在更高的高空稳定工作 ， 降低空气摩擦阻力 ， 否则就需要使用重量大、成本高、工作时间短的火箭发动机了 。 SABRE正是这样的 。
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