洛克希德·馬丁公司官方推特的一條推文非常值得關(guān)注，其是這樣寫(xiě)的：

An Enduring Legacy | A Disruptive Future

不朽的遺產(chǎn) |顛覆性的未來(lái)

A need for speed connects the SR-71 and conceptual Darkstar aircraft that our Skunk Works? team developed for the big screen.

對(duì)速度的需求將SR-71和我們Skunk Works ?（臭鼬工廠）為熒幕開(kāi)發(fā)的概念性Darkstar飛機(jī)聯(lián)系起來(lái)。

似乎以一種非常隱晦的方式在告知大家，出現(xiàn)在《壯志凌云2》中的“暗星”高超音速戰(zhàn)斗機(jī)或可能真的存在，并且是“臭鼬工廠”設(shè)計(jì)的，它的性能究竟如何？10倍音速又是如何實(shí)現(xiàn)的？

《壯志凌云2》中的“暗星”戰(zhàn)斗機(jī)：情節(jié)合乎邏輯嗎？

對(duì)《壯志凌云2》中以F/A-18和F-14連續(xù)干掉SU-57的情節(jié)我們就不評(píng)價(jià)了，這個(gè)大家心里都有數(shù)，不過(guò)在開(kāi)頭阿湯哥飾演的彼得·米歇爾上校駕駛的“Dark Star”卻非常感興趣，盡管只有短短的幾分鐘，但卻讓大家看得十分過(guò)癮。

暗星：從起飛到10馬赫，再到解體，邏輯上是否行得通？

影片開(kāi)始沒(méi)多久，暗星就出場(chǎng)了，這架小展弦比的飛行器有一個(gè)非常尖銳機(jī)頭，兩側(cè)機(jī)翼各中置一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，米歇爾上校啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)后直接將節(jié)流閥推到底，發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)該是處在了加力燃燒狀態(tài)，尾噴口噴出長(zhǎng)長(zhǎng)的尾焰，在臭鼬工廠的基地的跑道上滑行了很長(zhǎng)距離才起飛。

從跑道盡頭小角度起飛時(shí)，差點(diǎn)將跑道盡頭的一個(gè)值班室房頂掀飛，軍少將切斯特·肯恩的司機(jī)被嚇得抱頭躲在車(chē)旁，這是致敬《壯志凌云1》中的鏡頭！

米歇爾上校駕駛飛機(jī)以一個(gè)比較大的迎角爬升，這表示這架飛機(jī)的剩余動(dòng)力比較充足，然后逐漸將速度拉到3.5馬赫以上，這表示是音速的3.5倍。從渦輪引擎轉(zhuǎn)向超燃沖壓引擎時(shí)影片沒(méi)交代轉(zhuǎn)換速度，但前文有個(gè)3.5馬赫，可能就是這個(gè)速度。

升起進(jìn)氣道隔板，氣流從渦輪引擎轉(zhuǎn)到了超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)部分，這個(gè)引擎啟動(dòng)后暗星的速度刷刷地往上提，很快速度就上升到了7.1馬赫，機(jī)體前部也開(kāi)始發(fā)紅，這是高超音速下激波加熱的結(jié)果。

最終暗星飛行器的速度穩(wěn)定在10馬赫，控制室內(nèi)一片歡呼，但很快大家的笑容凝固了，因?yàn)槊仔獱柹闲＿€在操作超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)流閥，速度10.1、10.2、10.3.......突然暗星飛行器機(jī)身振動(dòng)起來(lái)，然后很快就失去了監(jiān)控信號(hào)，夜空中開(kāi)出了一片美麗的火花，暗星機(jī)體無(wú)法承受如此高速下帶來(lái)的振動(dòng)，解體了。

鏡頭切換到了地面，米歇爾上校穿著飛行服跌跌撞撞地站在路邊，回了回神，搖搖晃晃走進(jìn)了酒吧，這表示他彈射成功了！

邏輯上基本正確，但彈射跳傘有問(wèn)題

剛開(kāi)的滑行距離很長(zhǎng)，有人認(rèn)為這飛機(jī)動(dòng)力這么強(qiáng)勁，應(yīng)該早就起飛了，還有朋友認(rèn)為是為了安排跑道盡頭的那一下沖擊才那么長(zhǎng)，事實(shí)上這個(gè)情節(jié)還基本算合理的。

因?yàn)檫@架飛機(jī)打算是10馬赫速度，在這個(gè)速度下產(chǎn)生升力的不是常見(jiàn)的機(jī)翼升力為主，而是產(chǎn)生的激波，也就是美軍此前曾有過(guò)的“馭波者”，騎在激波上飛行，這種以激波升力為主的飛行器在低速下空氣動(dòng)力的升力是很差的，因此需要長(zhǎng)長(zhǎng)的跑道加速到足夠速度才起飛也是可以理解。

另一個(gè)問(wèn)題是中途切換高超音速方式是切換發(fā)動(dòng)機(jī)隔板，這表示裝了兩種類(lèi)型的發(fā)動(dòng)機(jī)，分別應(yīng)對(duì)低音速和高音速，啟動(dòng)到低音速是渦輪引擎（可能是渦噴引擎，也可能是變循環(huán)引擎），然后是超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，因?yàn)槟茏鳛楦叱羲賱?dòng)力的，超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)是位數(shù)不多的其中一種。

最后的跳傘基本是不合理的，但也不能算是BUG，因?yàn)檫@次跳傘沒(méi)有畫(huà)蛇添足設(shè)置鏡頭，在如此高音速下跳傘，必須連整體座艙脫離后，減速到低音速或者亞音速后再二次彈射開(kāi)傘，而且必須要有足夠的強(qiáng)度，否則在10馬赫的速度下絕大部分結(jié)構(gòu)都可能解體。

假如人體直接跳傘暴露在10馬赫的氣流中，無(wú)疑和10層樓往下跳也差了不大，人體是斷然無(wú)法承受如此沖擊的，但《壯志凌云2》沒(méi)有交代這個(gè)情節(jié)，盡管不合理但也不算大的BUG。

“暗星”戰(zhàn)斗機(jī)：10倍音速究竟如何實(shí)現(xiàn)？

盡管《壯志凌云2》中“暗星”飛行器基本符合邏輯，但并不表示符合科學(xué)，因?yàn)槭褂贸Ｒ?guī)燃料的超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)速度基本在6~7倍音速，達(dá)到10倍以上根本就不可能！

暗星飛行器：現(xiàn)實(shí)中對(duì)應(yīng)的是SR-72？

在WIKI《壯志凌云2》頁(yè)面中的“暗星”飛行器連接直接指向到了SR-72的頁(yè)面上，這是洛克希德再2013提出的高超音速無(wú)人機(jī)概念，不過(guò)據(jù)網(wǎng)傳的消息2007年前就開(kāi)始了，其用途是情報(bào)、監(jiān)視和偵察(ISR)，未來(lái)服役時(shí)間可能是2025年。

SR71與J58發(fā)動(dòng)機(jī)：變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理

SR-72的前身是1964年12月22日試飛成功的SR-71，這架在當(dāng)時(shí)看來(lái)絕對(duì)屬于變態(tài)的飛機(jī)，其最高速度可達(dá)3.32馬赫，最高升限為25.9千米，最大航程為5400千米，這個(gè)速度，當(dāng)時(shí)的防空導(dǎo)彈都要快追不上了，所以SR-71曾經(jīng)猶如無(wú)人之境一樣出入前蘇聯(lián)領(lǐng)空。

SR-71裝備的就是普惠公司開(kāi)發(fā)的J-58第一代變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，這款發(fā)動(dòng)機(jī)識(shí)別度非常高，各位看到過(guò)的應(yīng)該是如下印象深刻的照片：

這兩張圖片都是J58變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)打開(kāi)加力時(shí)的狀態(tài)，尾噴管已經(jīng)被燒紅，大家也經(jīng)常用它來(lái)作為SR-71澎湃動(dòng)力的標(biāo)志，但其實(shí)SR-71的整機(jī)推重比很差，大概只有0.382左右，能達(dá)到如此高音速只是氣動(dòng)設(shè)計(jì)結(jié)果和發(fā)動(dòng)機(jī)的原因。

SR-71的機(jī)身就不用說(shuō)了，大家都能看到，如此修長(zhǎng)且反常識(shí)的氣動(dòng)外形，臭鼬工廠的工程師腦袋真是開(kāi)掛了，然而除了氣動(dòng)外形外，普惠的J-58變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)自然要算最大的功臣，各位看到這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)一定不明白這幾根管子是干嘛的：

這幾根管子的作用是將第四級(jí)渦輪的高壓氣流引出送入加力燃燒室，它的工作過(guò)程是這樣的：在2.2馬赫以下時(shí)與常規(guī)的渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)有兩樣，但到了2.2馬赫以上時(shí)渦輪成為了阻礙發(fā)動(dòng)機(jī)推向更高速度的障礙，因此直接將部分氣流通過(guò)6根旁通管注入加力燃燒室，避免加力燃燒室在高溫下融化，改善了極速下的發(fā)動(dòng)機(jī)工況。

有人將這種工況理解為沖壓模式，其實(shí)根本不是，它也無(wú)法突破渦噴的極限速度，之所以叫做變循環(huán)是因?yàn)樵谒梢栽诰植扛纳瓢l(fā)動(dòng)機(jī)的涵道比，但并非徹底改變工況，它仍然是一臺(tái)渦輪機(jī)帶動(dòng)的引擎，包括目前最新的發(fā)動(dòng)機(jī)比如通用的GE XA100和惠公司XA101。

這兩種發(fā)動(dòng)機(jī)比J-58更徹底，通過(guò)在不同壓氣級(jí)位置引出氣流，流向冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)的外涵道（渦扇狀態(tài)），或者進(jìn)入加力燃燒室，可以在低速時(shí)工作在比較大涵道比的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)工況是大推力省油，而在隨著速度提高，則慢慢切換成小涵道比的渦扇直至0涵道比的渦噴狀態(tài)，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的工況是極速。

但渦輪是渦扇還是渦噴，都有一個(gè)高速的障礙：作為壓縮空氣用的渦輪，因此渦噴的極速達(dá)到3馬赫后也很難往上走了，要更高的速度，必須拿掉渦輪，這就是沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)或者另一種爆震發(fā)動(dòng)機(jī)的時(shí)代了。

SR72與發(fā)動(dòng)機(jī)：超燃沖壓還是爆震發(fā)動(dòng)機(jī)？

2006年開(kāi)始，洛克希德就和Aerojet Rocketdyne在HTV -3X的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)吸氣式超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，SR-72的使用的是TBCC系統(tǒng)，這是渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)+沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)縮寫(xiě)，它的工作過(guò)程是這樣的，零速度下渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)（可能是渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)，也可能是變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)），等到2~3倍音速后切換成亞燃沖壓直至超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)（亞燃和超燃的區(qū)別是燃燒室的氣流速度）。

兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)使用同一個(gè)進(jìn)氣道和尾噴管，只是在不同速度的時(shí)候自動(dòng)切換進(jìn)氣道和尾噴管，因此在《壯志凌云2》中的隔板切換也基本符合邏輯，但就如前文所述，超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)有一個(gè)毛病，當(dāng)速度越來(lái)越高時(shí)吸氣時(shí)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室前的空氣溫度過(guò)高，與排氣溫度差距太小，造成推力不足，要達(dá)到更高速度，預(yù)冷超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)了。

發(fā)動(dòng)機(jī)理想的燃料是碳?xì)淙剂?，比如航空煤油，因?yàn)槌杀镜图佑头奖悖A(yù)冷超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的理想燃料是液氫，它的預(yù)冷超級(jí)牛逼，因此從液氫的超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)最高速度可達(dá)12馬赫，但碳?xì)淙剂系某及l(fā)動(dòng)機(jī)只能達(dá)到6~7倍左右。

SR-72的設(shè)計(jì)指標(biāo)是6倍音速，因此我們有理由相信這是使用碳?xì)淙剂系陌l(fā)動(dòng)機(jī)，也有可能用的和SR-71這種特殊配置的碳?xì)淙剂?，假如要?shí)現(xiàn)更高的速度，只能使用氫燃料，但這種燃料實(shí)在有點(diǎn)麻煩，因?yàn)橐蜏乇４?，而且還存在泄漏問(wèn)題。

爆震發(fā)動(dòng)機(jī)也存在局限性

無(wú)論是渦噴還是渦扇，又或者變循環(huán)與亞燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，燃燒的方式都是爆燃，是等壓燃燒，也就是說(shuō)這是一個(gè)半封閉的開(kāi)放空間，壓力太高就會(huì)泄壓，這種類(lèi)型叫做等壓燃燒，燃燒速度極限低于音速，這兩個(gè)問(wèn)題都會(huì)導(dǎo)致速度難以進(jìn)一步提高。

而爆震發(fā)動(dòng)機(jī)是在空氣與燃料混合后的“爆炸”，爆轟波傳播速度可以輕易超過(guò)音速，比如隨便混合的天然氣爆轟波速度就會(huì)超過(guò)1400米/秒，在超音速氣流通過(guò)燃燒室內(nèi)支撐燃燒并沒(méi)有問(wèn)題，而且瞬間的高壓遠(yuǎn)超等壓燃燒的發(fā)動(dòng)機(jī)，這種工況可以近似為等容燃燒，排氣速度更高，也支持更高的氣流通過(guò)燃燒室。

因此爆震發(fā)動(dòng)機(jī)也是適合高超音速下工作的，不過(guò)使用碳?xì)淙剂系谋鸢l(fā)動(dòng)機(jī)同樣會(huì)受到高超音速的局限，使用氫燃料速度可以更高，目前比較可能成功的有兩類(lèi)，一類(lèi)是旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)，其各國(guó)突破的并接近實(shí)用程度的更高一些。

還有一類(lèi)是斜激波爆震發(fā)動(dòng)機(jī)，這個(gè)和超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)工作的工況有些相似，超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室，據(jù)稱(chēng)也處在等容燃燒狀態(tài)，否則這個(gè)還沒(méi)燒就被排出燃燒室了。

從SR-72的參數(shù)來(lái)看，大概率是超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，不過(guò)美國(guó)在吸氣式高超音速發(fā)動(dòng)機(jī)在近幾年才有寫(xiě)突破，想要在2025年前裝備SR-72似乎還有些困難，但美國(guó)的變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)確實(shí)突破了，據(jù)坊間傳聞，我國(guó)的超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)要強(qiáng)于美國(guó)，但變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)落后于美國(guó)。（完）

參考：

https://lockheedmartin.com/en-us/news/features/2022/lockheed-martin-movies.html