【新唐人北京时间2025年01月25日讯】中国在12月份公布了两款六代机的视频，海内外炸了锅，很多人说中国的六代机装备的冲压发动机，能够高超音速飞行，比如这个视频就说了，第六代战机有多牛，超一万公里作战半径，飞行速度超过五马赫。
为什么中国六代机无法高超音速飞行？
我们先简单介绍一下航空发动机的类型，一般来说，分为涡扇发动机、冲压发动机和超燃冲压发动机，从速度上来说，涡扇发动机适合于亚音速飞行至两马赫以下，冲压发动机适合两马赫至五马赫的飞行，超燃冲压发动机适合五六马赫以上的高超音速飞行。
从机械结构上来说，涡扇发动机最为复杂，拥有一个压缩机，同时还有一个涡轮。而冲压发动机和超燃冲压发动机都没有这些，机械结构更为简单，主要依靠的是高超音速飞行时产生的激波来压缩空气。
从外形上来看，成飞的歼36战斗机装备的三台发动机，两台位于机腹，应该是加莱特进气道，一台位于机背，看起来像是DSI进气道。有些人认为，歼36能够高超音速飞行，原因就是背部的这台发动机，很有可能是冲压发动机。
然而，从空气动力学的角度来说，这是不可能的。
我们逐步来和大家解释。第一个问题是燃烧。燃烧是有讲究的，它对于温度和速度都有要求。我举个例子，有句话叫做煽风点火，意思是这个火烧得很旺，你煽一个风，这个火势越来越猛。但是如果这个风非常快，一阵狂风呼啸而过，这个火不仅不会燃烧，而且会熄灭。物理学上把这叫做燃烧速度，也就是说，在特定条件下，当空气速度超过燃烧速度之后，燃烧就不会发生了。飞机在飞行的时候，进入发动机的气体速度是非常快的，很可能是超音速，需要经过减速达到亚音速，才能达到充分燃烧的条件。
这就有一个问题了，飞机超音速飞行，你通过什么方式让气流减速，达到理想的燃烧条件呢？
涡扇发动机和冲压发动机工作原理完全不同，涡扇发动机主要依靠一个压缩机，压缩机旋转。压缩空气达到降低速度，增大压强的作用。而当尾气排出的时候，它又会推动发动机尾部的涡轮来驱动前面的压缩机，这是一种非常巧妙的机械结构设计。
当你的飞机速度越来越快，达到两倍至三倍音速的时候，发动机就面临以下问题。压缩机旋转它是有极限的，外部的空气速度过快，达到三四马赫，压缩机无法有效地将这些空气压缩，压气机效率降低，发动机燃烧不充分，推力大大受影响。
速度达到两至三马赫的时候，会出现大量的激波，这会对机械结构产生严重影响。而且因为速度过高，气流温度也会过高，对涡轮和压缩机带来结构上的问题，伴随有喘振，不仅影响发动机的效率，甚至会带来结构上的损坏。
简单来说，传统的涡扇发动机适用于二马赫以下，如果达到2～3马赫以上，就会带来诸多问题。
那怎么办呢？这个时候冲压发动机闪亮登场。我们刚才介绍过，涡扇发动机和冲压发动机相比，它多了两个零部件，一个叫做压缩器，一个叫做涡轮，而冲压发动机全都没有了，我的结构就变得更简单，但这有一个问题，没有压缩机，速度怎么降下来呀？
科学家解决问题的方式非常特别，叫做激波，英文叫做shock wave。我们知道在空气中，声音和震动都是通过音速来传播的，但是当你的飞机达到音速的时候，你的传播速度和你的飞行速度一样，这就会带来一个非常严重的后果，震动无法传递给后方，空气聚集在物体前方造成一种奇特的压缩现象，形成激波。而激波有一个好处，激波之后的流场中，速度会突然降低，压力会骤然升高，温度也会变高，这些条件都适合燃烧。
所以，冲压发动机压缩气体的秘诀，就是通过进气口的几何设计，利用激波来达到减速的效果。
第三台发动机会是冲压发动机吗？
我们来看一下美国的黑鸟侦察机，可以看到在黑鸟侦察机的发动机前端有一个长长的尖锥体，叫做进气锥。它的作用就是为了形成激波。严格来说，黑鸟使用的发动机属于变循环发动机，在亚音速时，它是一个涡扇发动机，到了超音速时，它会变成一个冲压发动机。而且，黑鸟的进气锥前后位置是可以调整的。这就涉及到另一个概念，叫做马赫角。
我们刚才提到过，在不同的飞行速度下，激波形成的角度是不一样的。简单来说，激波的方向和飞行方向之间的夹角就是马赫角，等于arcsin音速除以当前的速度。简单来说，当你的速度达到音速时，马赫角为90度，和你飞行方向垂直；当你的速度达到两马赫时，马赫角为30度，速度越快，马赫角越小，所以黑鸟的进气锥根据速度不同，马赫角不同，需要调整进气锥的位置。
很多朋友好奇，激波后面的流场是什么样的？我们来看一下流体力学的仿真，这是一个2D仿真，进气道的前端有一个尖尖的锥体，中间则是进气道，我们可以看到，从进气锥两旁会形成我们刚才提到的马赫角，也就是激波的方向，而在激波之后，会形成各种各样的涡流。计算流体力学是很复杂的科学，我们通过这个视频可以看到，冲压发动机正是依靠激波来达到压缩和减速空气的作用的。
我们介绍了涡扇发动机和冲压发动机的工作原理，再回过头来看一下歼36，你就会发现歼36绝无可能安装冲压发动机。
第一点：几何形状不对。我们刚才提到的黑鸟使用的冲压发动机，前面有一个长长的进气锥。而在歼36上，你是看不到的。再举个例子，俄罗斯和印度联合研发的布拉莫斯高超音速反舰导弹，使用的也是冲压发动机。布拉莫斯导弹的正前方就是一个长长的进气锥，之后是导弹的弹体和进气口。
有人会问，中国开发的冲压发动机会不会形式不一样呢？我们来看2024年底中国方面的重大新闻，公布了一种叫做筋斗云400的超燃冲压发动机。我们看一下这个筋斗云400的外形，长得什么样子呢？在发动机的前部，也有一个长长的进气锥。筋斗云是中国目前最先进的冲压发动机，然而目前看来并没有安装在歼36上。
发动机的进气口设计是不是只有这样一种形式呢？并不是绝对的，有一个例外，就是欧洲生产的流星空对空导弹。流星空对空导弹是世界上第一款使用固体冲压发动机的导弹，在导弹的机身下方有两个方形的进气口，而不是尖锥体。冲压发动机依靠激波控制流速，但锥体并不是唯一能够产生激波的几何方式。显然，在进气道的内部，设计方一定通过其它方式产生激波来控制速度。但因为我们看不到内部设计，所以无法进一步解释。
我们还是回到歼36，歼36背部的进气道显然是DSI进气道，它和流星导弹的进气道也完全不同。理论上来说，DSI进气道适合于两马赫以下的飞行状态，它和冲压发动机是不匹配的。
总而言之，从几何外形上来说，歼36没有安装冲压发动机。
而从工程效率上来说，冲压发动机搭配涡扇发动机也是一个近乎愚蠢的设计。为什么这么说呢？冲压发动机在亚音速状态下几乎是不工作的。冲压发动机压缩气体依靠激波，而激波只有在超音速才能产生，这意味着在亚音速飞行时，冲压发动机无法有效压缩空气。燃烧室内的气体压强速度都达不到燃烧的要求，冲压发动机甚至无法点火启动。
这种组合还存在另一个问题，假如飞机真能达到高超音速，比如说三马赫。在这样的状态下，冲压发动机能够发挥自己的全部功效，而涡扇发动机可不行。涡扇发动机在速度达到两马赫以后，随着速度上升，效率急剧下降，不仅如此，还会伴随结构稳定性、喘振等潜在问题。两台涡扇发动机加起来的功率可能都不如一台。
结果显而易见，虽然飞机名义上装了三台发动机，但在任意一个速度区间，功率只相当于两台发动机。亚音速时，冲压发动机罢工，相当于只有两台涡扇发动机；而到了高超音速，冲压发动机开心了，可是涡扇发动机功率不足，两台加起来还不如一台。你说你装三台发动机是为了啥呢？
所以，你仔细想想就会明白，把冲压发动机和涡扇发动机同时安装到一架战斗机上，是一个多么愚蠢的设计方案。成飞作为目前中共最顶尖的飞机设计局，是断然不会采用这种让气动专家笑掉大牙的设计方法。
解决这个问题只有一个途径：就是美国的变循环发动机，在低速时是涡扇发动机，到了高速时，变形，成为冲压发动机。这正是美国第六代战斗机的路线，也是之前黑鸟侦察机的技术路线。
那么歼36为什么安装3台发动机？有两个原因。第一，中国航空发动机性能还不够好，歼36负重增大，载弹量增大，目前只能靠堆叠三台发动机来达到这一目的。
第二，增加飞机的发电量，以适应未来三四十年的战斗机需求。未来的战斗机可能会安装激光武器，或者各种电子战设备、大功率的雷达传感器，这些都需要更多的电力，而两台发动机已经无法满足这样的需求，所以选择了三台发动机。
我们今天简短介绍了冲压发动机和涡扇发动机的工作原理，从工程角度来看，歼36绝无可能安装冲压发动机，也没有达到高超音速的可能。其最高速度不会超过两马赫，使用三台涡扇发动机基于两个原因：第一航空发动机推力不足，第二满足未来电力需求。
聊到这里呢可能有一些观众朋友心里不服，说周子定你又胡说八道了。我并不是航空专业出身，我是学机械的，毕业于上海交大和美国卡内基梅隆。我学过流体力学，也用过Fluent和OpenFOAM做过CFD仿真，也写过简单的代码做数值计算。
而我知道在座的观众朋友们肯定有空气动力学的大神，如果我今天在节目中说的有不对的地方，欢迎大家留言或者给我发邮件，无论立场如何，我们都可以从科学和工程上来讨论这个问题。
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（责任编辑：李红）
