【新唐人北京時間2025年01月25日訊】中國在12月份公布了兩款六代機的視頻，海內外炸了鍋，很多人說中國的六代機裝備的衝壓發動機，能夠高超音速飛行，比如這個視頻就說了，第六代戰機有多牛，超一萬公裡作戰半徑，飛行速度超過五馬赫。
為什麼中國六代機無法高超音速飛行？
我們先簡單介紹一下航空發動機的類型，一般來說，分為渦扇發動機、衝壓發動機和超燃衝壓發動機，從速度上來說，渦扇發動機適合於亞音速飛行至兩馬赫以下，衝壓發動機適合兩馬赫至五馬赫的飛行，超燃衝壓發動機適合五六馬赫以上的高超音速飛行。從機械結構上來說，渦扇發動機最為複雜，擁有一個壓縮機，同時還有一個渦輪。而衝壓發動機和超燃衝壓發動機都沒有這些，機械結構更為簡單，主要依靠的是高超音速飛行時產生的激波來壓縮空氣。
從外形上來看，成飛的殲36戰鬥機裝備的三台發動機，兩台位於機腹，應該是加萊特進氣道，一台位於機背，看起來像是DSI進氣道。有些人認為，殲36能夠高超音速飛行，原因就是背部的這台發動機，很有可能是衝壓發動機。
然而，從空氣動力學的角度來說，這是不可能的。
我們逐步來和大家解釋。第一個問題是燃燒。燃燒是有講究的，它對於溫度和速度都有要求。我舉個例子，有句話叫做煽風點火，意思是這個火燒得很旺，你煽一個風，這個火勢越來越猛。但是如果這個風非常快，一陣狂風呼嘯而過，這個火不僅不會燃燒，而且會熄滅。物理學上把這叫做燃燒速度，也就是說，在特定條件下，當空氣速度超過燃燒速度之後，燃燒就不會發生了。飛機在飛行的時候，進入發動機的氣體速度是非常快的，很可能是超音速，需要經過減速達到亞音速，才能達到充分燃燒的條件。
這就有一個問題了，飛機超音速飛行，你通過什麼方式讓氣流減速，達到理想的燃燒條件呢？
渦扇發動機和衝壓發動機工作原理完全不同，渦扇發動機主要依靠一個壓縮機，壓縮機旋轉。壓縮空氣達到降低速度，增大壓強的作用。而當尾氣排出的時候，它又會推動發動機尾部的渦輪來驅動前面的壓縮機，這是一種非常巧妙的機械結構設計。
當你的飛機速度越來越快，達到兩倍至三倍音速的時候，發動機就面臨以下問題。壓縮機旋轉它是有極限的，外部的空氣速度過快，達到三四馬赫，壓縮機無法有效地將這些空氣壓縮，壓氣機效率降低，發動機燃燒不充分，推力大大受影響。
速度達到兩至三馬赫的時候，會出現大量的激波，這會對機械結構產生嚴重影響。而且因為速度過高，氣流溫度也會過高，對渦輪和壓縮機帶來結構上的問題，伴隨有喘振，不僅影響發動機的效率，甚至會帶來結構上的損壞。
簡單來說，傳統的渦扇發動機適用於二馬赫以下，如果達到2～3馬赫以上，就會帶來諸多問題。
那怎麼辦呢？這個時候衝壓發動機閃亮登場。我們剛才介紹過，渦扇發動機和衝壓發動機相比，它多了兩個零部件，一個叫做壓縮器，一個叫做渦輪，而衝壓發動機全都沒有了，我的結構就變得更簡單，但這有一個問題，沒有壓縮機，速度怎麼降下來呀？
科學家解決問題的方式非常特別，叫做激波，英文叫做shock wave。我們知道在空氣中，聲音和震動都是通過音速來傳播的，但是當你的飛機達到音速的時候，你的傳播速度和你的飛行速度一樣，這就會帶來一個非常嚴重的後果，震動無法傳遞給後方，空氣聚集在物體前方造成一種奇特的壓縮現象，形成激波。而激波有一個好處，激波之後的流場中，速度會突然降低，壓力會驟然升高，溫度也會變高，這些條件都適合燃燒。
所以，衝壓發動機壓縮氣體的祕訣，就是通過進氣口的幾何設計，利用激波來達到減速的效果。
第三台發動機會是衝壓發動機嗎？
我們來看一下美國的黑鳥偵察機，可以看到在黑鳥偵察機的發動機前端有一個長長的尖錐體，叫做進氣錐。它的作用就是為了形成激波。嚴格來說，黑鳥使用的發動機屬於變循環發動機，在亞音速時，它是一個渦扇發動機，到了超音速時，它會變成一個衝壓發動機。而且，黑鳥的進氣錐前後位置是可以調整的。這就涉及到另一個概念，叫做馬赫角。我們剛才提到過，在不同的飛行速度下，激波形成的角度是不一樣的。簡單來說，激波的方向和飛行方向之間的夾角就是馬赫角，等於arcsin音速除以當前的速度。簡單來說，當你的速度達到音速時，馬赫角為90度，和你飛行方向垂直；當你的速度達到兩馬赫時，馬赫角為30度，速度越快，馬赫角越小，所以黑鳥的進氣錐根據速度不同，馬赫角不同，需要調整進氣錐的位置。
很多朋友好奇，激波後面的流場是什麼樣的？我們來看一下流體力學的仿真，這是一個2D仿真，進氣道的前端有一個尖尖的錐體，中間則是進氣道，我們可以看到，從進氣錐兩旁會形成我們剛才提到的馬赫角，也就是激波的方向，而在激波之後，會形成各種各樣的渦流。計算流體力學是很複雜的科學，我們通過這個視頻可以看到，衝壓發動機正是依靠激波來達到壓縮和減速空氣的作用的。
我們介紹了渦扇發動機和衝壓發動機的工作原理，再回過頭來看一下殲36，你就會發現殲36絕無可能安裝衝壓發動機。
第一點：幾何形狀不對。我們剛才提到的黑鳥使用的衝壓發動機，前面有一個長長的進氣錐。而在殲36上，你是看不到的。再舉個例子，俄羅斯和印度聯合研發的布拉莫斯高超音速反艦導彈，使用的也是衝壓發動機。布拉莫斯導彈的正前方就是一個長長的進氣錐，之後是導彈的彈體和進氣口。
有人會問，中國開發的衝壓發動機會不會形式不一樣呢？我們來看2024年底中國方面的重大新聞，公布了一種叫做筋斗雲400的超燃衝壓發動機。我們看一下這個筋斗雲400的外形，長得什麼樣子呢？在發動機的前部，也有一個長長的進氣錐。筋斗雲是中國目前最先進的衝壓發動機，然而目前看來並沒有安裝在殲36上。
發動機的進氣口設計是不是只有這樣一種形式呢？並不是絕對的，有一個例外，就是歐洲生產的流星空對空導彈。流星空對空導彈是世界上第一款使用固體衝壓發動機的導彈，在導彈的機身下方有兩個方形的進氣口，而不是尖錐體。衝壓發動機依靠激波控制流速，但錐體並不是唯一能夠產生激波的幾何方式。顯然，在進氣道的內部，設計方一定通過其它方式產生激波來控制速度。但因為我們看不到內部設計，所以無法進一步解釋。
我們還是回到殲36，殲36背部的進氣道顯然是DSI進氣道，它和流星導彈的進氣道也完全不同。理論上來說，DSI進氣道適合於兩馬赫以下的飛行狀態，它和衝壓發動機是不匹配的。
總而言之，從幾何外形上來說，殲36沒有安裝衝壓發動機。
而從工程效率上來說，衝壓發動機搭配渦扇發動機也是一個近乎愚蠢的設計。為什麼這麼說呢？衝壓發動機在亞音速狀態下幾乎是不工作的。衝壓發動機壓縮氣體依靠激波，而激波只有在超音速才能產生，這意味著在亞音速飛行時，衝壓發動機無法有效壓縮空氣。燃燒室內的氣體壓強速度都達不到燃燒的要求，衝壓發動機甚至無法點火啟動。
這種組合還存在另一個問題，假如飛機真能達到高超音速，比如說三馬赫。在這樣的狀態下，衝壓發動機能夠發揮自己的全部功效，而渦扇發動機可不行。渦扇發動機在速度達到兩馬赫以後，隨著速度上升，效率急劇下降，不僅如此，還會伴隨結構穩定性、喘振等潛在問題。兩台渦扇發動機加起來的功率可能都不如一台。
結果顯而易見，雖然飛機名義上裝了三台發動機，但在任意一個速度區間，功率只相當於兩台發動機。亞音速時，衝壓發動機罷工，相當於只有兩台渦扇發動機；而到了高超音速，衝壓發動機開心了，可是渦扇發動機功率不足，兩台加起來還不如一台。你說你裝三台發動機是為了啥呢？
所以，你仔細想想就會明白，把衝壓發動機和渦扇發動機同時安裝到一架戰鬥機上，是一個多麼愚蠢的設計方案。成飛作為目前中共最頂尖的飛機設計局，是斷然不會採用這種讓氣動專家笑掉大牙的設計方法。
解決這個問題只有一個途徑：就是美國的變循環發動機，在低速時是渦扇發動機，到了高速時，變形，成為衝壓發動機。這正是美國第六代戰鬥機的路線，也是之前黑鳥偵察機的技術路線。
那麼殲36為什麼安裝3台發動機？有兩個原因。第一，中國航空發動機性能還不夠好，殲36負重增大，載彈量增大，目前只能靠堆疊三台發動機來達到這一目的。
第二，增加飛機的發電量，以適應未來三四十年的戰鬥機需求。未來的戰鬥機可能會安裝激光武器，或者各種電子戰設備、大功率的雷達傳感器，這些都需要更多的電力，而兩台發動機已經無法滿足這樣的需求，所以選擇了三台發動機。
我們今天簡短介紹了衝壓發動機和渦扇發動機的工作原理，從工程角度來看，殲36絕無可能安裝衝壓發動機，也沒有達到高超音速的可能。其最高速度不會超過兩馬赫，使用三台渦扇發動機基於兩個原因：第一航空發動機推力不足，第二滿足未來電力需求。
聊到這裡呢可能有一些觀眾朋友心裡不服，說周子定你又胡說八道了。我並不是航空專業出身，我是學機械的，畢業於上海交大和美國卡內基梅隆。我學過流體力學，也用過Fluent和OpenFOAM做過CFD仿真，也寫過簡單的代碼做數值計算。
而我知道在座的觀眾朋友們肯定有空氣動力學的大神，如果我今天在節目中說的有不對的地方，歡迎大家留言或者給我發郵件，無論立場如何，我們都可以從科學和工程上來討論這個問題。
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（責任編輯：李紅）
