洲际导弹可以飞一万多公里,飞机为什么不用这种发动机?

头顶燕飞过

因为有一种东西叫做“效率”。飞机要用什么样的发动机不是单纯比较航程和速度。

第一个,飞机发动机的工作效率比火箭高得多。

所谓的工作效率,就是一样的燃料,谁带的东西更多、飞的更远。

洲际导弹只要看一下下面这张图里洲际导弹的结构就知道了,洲际导弹大部分结构都是各种发动机和燃料,只有最顶端的战斗部算是有“战斗力”的。比如说,俄罗斯的SS-N-30圆锤洲际导弹,长12.1米,直径2米,发射重量36.8吨,战斗部全重1.2吨,所以说三十多吨的导弹,有效的载弹量只有一两吨,实在是小的可怜。

而相比之下,美国的B-1B“枪骑兵”轰炸机,飞机的起飞重量220吨,其中载弹量居然可以达到惊人的60吨,并且同样具有1.2万公里的航程。这种飞机使用的发动机还不是民用客机中使用的大涵道比涡扇发动机,民用飞机的工作效率只会更加高。

实际上只要对比一下导弹和飞机发动机的原理就可以知道了。导弹的发动机结构相对比较简单,但是在工作的过程中会浪费大量的气体动能和热能,所以发动机效率很低。飞机发动机,尤其是大涵道比航空发动机,效率则会高很多。

第二个,飞机发动机的使用效率比火箭高得多。

所谓的使用效率,就是在整个发动机的寿命内可以实现总的工作量。

火箭发动机基本上是一次性的,所以发射一次基本上发动机也就废了(现在的SpaceX可回收式的火箭才能够实现发动机的多次使用)。飞机发动机的使用寿命却可以高达数万小时,所以说火箭一发就用一次,飞机则可以反复使用。这样谁的使用效率高、谁的效率低就一目了然了。

总结一下,飞机和火箭的作用是不一样的,飞机发动机主要是要求效率高、寿命长,火箭发动机则是推力大、高速性能好和可以在大气层外工作。两种发动机在大部分情况下是不可以替代。


SilentTurbine

洲际导弹动力系统与飞机发动机有很大区别。洲际导弹动力系统大多采取液态推进装置或固体燃料火箭推进机,一般可以飞一万多公里。而航空发动机是一种高度复杂和精密的热力机械,为飞机提供飞行所需动力,作为飞机的心脏,它直接影响飞机性能及可靠性。

火箭动力系统主要是应用动量守恒,系统内能发射前后完全不同,新增内能源于对火箭所附带燃料进行燃烧从而增加系统推进能力。同时,物质被喷射出后,单位时间内质量低,速度快,从而保证火箭能加速飞行。

就目前应用比较多的固体推进器而言,准确名称叫固体火箭助推器。火箭在受到技术条件限制达不到所需要推力值情况下经常会选择捆绑若干个固体燃料助推器,这是远程火箭动力系统重要组成部分,火箭起飞时,助推器和一级主机同时点火,燃烧完毕后与一级分离被抛掉。

此外,火箭动力系统中还有专门大推力火箭发动机,这与飞机发动机设计原理也完全不同,他们是利用冲量原理,自带推进剂、不依赖外界空气的喷气发动机。火箭发动机不像喷气式发动机那样需要进风口,所以不需要从总推力中扣除冲压阻力。

而正因此,其主要作用也与飞机发动机不同,更多是需要在火箭起飞初期为升空和之后飞行提供巨大推动力,而航空发动机还需要考虑功率比重、燃油消耗量、迎风面积、工作寿命等诸多问题,两种动力推进装置设计风格与实际任务完全不同,所以自然无法互相替换。【张屹】


大国策

洲际导弹一般使用大型液体火箭发动机或固体火箭发动机,目前在役的飞机均没有采用火箭发动机的,历史上只有航天飞机采用火箭发动机。

这是因为如果只是追求一万多公里的航程的话,飞机并不需要使用洲际导弹的发动机,因为现有大型飞机使用的发动机,只有油料充足,基本上都支持一万多公里的飞行。民用飞机比如采用涡轮风扇发动机的波音747,就拥有高达15000公里的最远航程,军用飞机如采用涡轮喷气发动机的B-52,航程更是高达16000公里,甚至采用是涡轮螺旋桨发动机的图-95轰炸机,也拥有超过12000公里的航程。

飞机之所以不采用火箭发动机,首先因为绝大部分飞机都是要长期重复使用的,而火箭发动机基本上是一次性的,虽然大家都知道现在美国已经成功实现了火箭的重复发射,但目前重复使用火箭发动机的技术并未成熟,而且目前火箭发动机要实现重复使用的话,需要花费大量检查修复的时间和费用,远不能满足飞机这种可能不到一个小时就要重新复飞的需要。

此外,火箭发动机动力对于飞机来说,过于充沛,启动时对周边环境的影响过大,又无法进行灵活的空中机动,而且成员的舒适性太差,航天员都要经过长时间的专业训练才能适应。

除了技术因素外,更多是基于经济性的考虑,飞机的发动机可以长期重复使用,消耗的只是相对便宜的航空燃料,要达到同样的航程,一次性的火箭发动机的费用要比飞机高近百倍,比如长征11号一次的发射费用约为8000万,私人包一架飞机洲际飞行的费用尚不到100万。


诸葛小彻

用类似导弹的飞行方式执行客运,用飞机几十倍的速度进行人员货物运输,正是现在设想的热点。

用弹道飞行的火箭(而不是靠空气升力飞行的飞机)进行运输的想法古已有之,严格来说导弹本身就是一种运输工具,只是它运输的是炸药和毁灭,而不是人员和货物。早期的几次亚轨道载人飞行也可以算是运输,像美国的第一次载人亚轨道飞行,谢泼德在水星-红石3号上飞行了15分钟半,降落在486公里之外,时速接近2000公里,超过了绝大多数的飞机。在一些科幻小说的设想中,像是《fatherland》里面,就描述了纳粹德国赢得二战之后,将火箭技术发展为跨大西洋的越洋快速交通工具的设想,这是有事实作为支撑的。

但是现今为止,有幸用亚轨道弹道飞行的只有少许经过训练的航天员,这主要是处于两个原因。首先是发射时的过载,出于充分发挥火箭能力的原因,发射火箭的过载都要远大于水平爬升的飞机,早期载人火箭的G值可达7~8,现在随着技术进步一般火箭G值降到了5左右,航天飞机能降到3,这意味着发射的短时间内人体承受的重力会增加3~5倍,没受过训练体质不好的普通人一般是难以承受的。其次就是飞行成本,如果火箭发射后不能顺畅降落重复利用,相当于坐一次航班飞机就摔掉报废,这在经济上是无法承受持续运营的。

所以要想让火箭运输成为现实,首先需要足够高性能的火箭降低起飞降落过载,其次需要稳定可靠的火箭发射回收技术。现在这两方面做的最好的就是SpaceX,他们最近刚刚提出了这方面的设想,希望通过低价,海上发射的可重复使用火箭,在主要城市之间实现30分钟数千英里的往返速度,例如从曼谷去迪拜,或是从夏威夷去东京,最高时速可能达到约1.67万英里(约合2.69万公里)。如果这一设想顺畅实现,不远的未来我们就有可能乘坐火箭像导弹一样高速抵达目的地。


海边椰子

洲际导弹为了可以随时发射,方便存放,使用的都是固体燃料发动机。

如果飞机使用这种发动机是不可以的,因为固体火箭发动机一旦启动,基本上都是直接运行到燃料耗尽,很难精确调控推力,无法重新启动。


而飞机不能像窜天猴一样飞出去不回来降落,这就导致了飞机不适合使用固体火箭发动机。

那么,使用液体火箭发动机可以吗?当然可以。二战时候的德国就有Me163参战,它使用的一款液体燃料火箭动力发动机。


液体燃料相对于固体燃料,可控性好的多,可以调节推力,但是这玩意不稳定并且有毒。所以驾驶这些飞机的飞行员都得穿着防护服。

Me163可以在分分钟飞上高空拦截轰炸机,这种飞机在当时是一种无敌的存在。然而毕竟是火箭发动机,所以损失中的80%发生在起降阶段。

那为什么现代技术发达了,燃料也可以没毒,并且可控了,飞机还不使用火箭发动机呢?

其中的原因有很多,首先就是燃料比冲的问题。就是你用多重的燃料,可以给飞行器带来多少冲量。说简单一些,就是使用常见的飞机发动机,比使用火箭发动机,带给飞机的能量可以高出三到六倍。这还不算上操控或者性价比之类的问题。

虽然火箭发动机可以瞬间提供很大的推力,但是实在不适合在飞机上用。除非飞机和Me163的任务一样,迅速升空拦截轰炸机,然后“落地成盒”。这完全不如来一发地对空导弹有效。

如果飞机想要进入大气层外执行任务,那按照现在的技术来看,鞋带弹药并且可以达到这个目标的战斗机,体积要比航天飞机大的多。所以目前看来,火箭发动机在飞机上的应用还有些困难。

但是飞机也有一种技术可以实现比导弹飞的还快,那就是正在研制的超燃冲压发动机。



蛋壳科普

二者气动外形有天壤之别,火箭就那么简单的一个锥体结构,但是飞机就没那么简单了。
从速度上讲,导弹的速度与飞机的速度根本不是一个级别,如果硬要将飞机提到这个速度,飞机和飞行员都受不了。
洲际导弹用的火箭发动机,是一次性使用,略显简单粗暴,飞机用的涡扇发动机,可以循环利用,后者更为精密复杂。

复兴军事

首先要明白洲际导弹之所以能飞那么远和发动机本身关系不大,虽然导弹的发动机一般都具有很大推力但是让导弹飞那么远的秘诀在于导弹的气动外形。对比一下就知道洲际导弹大多都是圆筒弹身加上圆锥弹头,飞行阻力是非常少的,这就大大给发动机降低了工作负荷,即便是携带少量的燃料也可以飞行相当长的距离;而一般的战斗机都不具备这种优秀的气动外形。关于气动外形的选择还要说一说洲际导弹和飞机的原理差别。

洲际巡航导弹在发动机推动之下升到一定高度,借助地球引力做巡航飞行时发动机仅仅提供一种平衡推力。这种推力平衡了导弹受到的阻力导弹处于受力平衡状态,就像卫星一样做着匀速圆周运动,也因此飞行距离对发动机的要求并不很高。而洲际导弹中的另一种“弹道导弹”原理又不一样,弹道导弹是借助发动机推力提升到一定高度,在下落过程中借助空气动力学原理远距离滑翔到目标上空,这样做对发动机的要求就更低了,代价是制导精度大幅下降航程也严重萎缩。印度的烈火5导弹就是以这种形式发射的,保守估计其射程在5000公里上下.

最后是战斗机的的飞行需要,飞机需要具备长时间巡航飞行、多种超机动动作的能力,这就是他不能采用导弹气动外形的原因,气动外形上的阻力消耗了发动机功率和油箱的燃料,航程上的大幅缩水由此而来;此外就是飞机的飞行原理问题,飞机借助机翼形成的上升力达到上下表面的受力平衡,而机翼上的受力也是发动机推力提供的空气动力,这本身就是严重消耗燃料的,再加上飞机各种机动动作需要发动机随时变更推力的大小,这也是飞机耗油严重的原因。

而飞机之所以不采用导弹发动机,原因在于这种发动机并不适用于飞机,导弹发动机是自己携带氧化剂的,这就是为什么他没有飞机上的进气道,携带燃料之外的氧化剂需要占用大量的空间和重量,这对于战斗机而言是绝对无法接受的。上文已经提到飞机的载重能力是需要发动机消耗燃料来换取的,设法减重是提高飞机航程的最基本原理。此外火箭发动机提供的推力是不可以调节的,这种发动机之所以推力巨大离不开瞬间的加速性,而战斗机各种动作需要发动机推力处于可变的状态,因此战机和导弹的发动机是绝对不可能替换使用的。


利刃军事

我们都知道洲际导弹是指超过8000公里射程的弹道导弹,我国2017年服役的东风-41弹道导弹最大射程14000公里,如此远的飞行距离,不禁令人想问,为何不见此发动机应用到战斗机上?

首先我们要明白一点,弹道导弹使用的发动机为火箭发动机,而我们的战斗机使用的则是涡轮发动机,两者有本质上的区别。此外,导弹是一次性设计的,而战斗机则是重复性使用的,两者几乎没有可比拟性!

洲际导弹的飞行速度最高可达20马赫,落地时的速度甚至可以达到25马赫以上,战机不同于弹道导弹,如果战机以这个速度飞行,估计没飞多远飞机全散架了,甚至是与大气层的摩擦过程中被烧毁。

一般情况下,飞机飞行速度超过音速时,就会产生音爆现象,这时候开始遇到一股强大的阻力。先前有网友指出,战斗机最快可超过10倍音速飞行,其实这是不可能的,如今最快的战机也不超过5倍音速,扯到10音速去,这家伙简直就是一个危险的“炸弹”!

此外,洲际导弹都是在大气层以外飞行

,上面的阻力比较小,加上强有力的火箭发动机推进。要让战斗机飞到大气层以外,即使是战机受得了,飞行员也坚持不了多久!网友调侃说:用可燃冰呀!100升50000公里!50000公里呀!对此你怎么看呢?


诸葛小军

弹道导弹是火箭发动机,与巡航导弹和飞机的涡轮发动机的概念不同,而巡航导弹的一次性和飞机的重复性使用的差别又使二者的设计思维不同,所以三者差别都较大。

氢气是化学燃料,火箭之类的就用这种化化学燃料做动力。但是化学燃料有个致命的缺点,那就是化学燃料的能量转换非常低,但是它的质量却比天然气和石油之类的低很多倍,因为火箭很大,所以它能装很多的氢气,以数量上的优势弥补能量转换上的不足。。。但是飞机的体形可没火箭那么大,如果飞机也装上了氢气,用不了多久就会因为氢气转换的能量不够而大量燃烧氢气,一下子就没了。。。。。。所以石油在当代还是最重要的燃料。

飞机可以飞到15马赫纯属无稽之谈!因为飞机是在大气层内飞行的,如果飞机以那种速度飞行的话,首先就是燃料不够,可能最多也就是飞几分钟就没油了。。。之所以弹道导弹能飞十几马赫是因为这导弹是在外层空间飞行的,空气摩擦力小,而氢气燃烧温度比石油高了。

因为固态氢氧存放条件的限制,将会使飞机体积加大很多,即影响机动性,也容易被击中,所以在飞机上不会使用;而导弹可以不在乎机动性和体积,在乎速度和航程,所以导弹可以用。

导弹飞得远是因为它是在大气层以外飞行,相对阻力很小,氢氧燃烧温度比汽油高十几倍,所以火箭、导弹都是一次性的,飞机的长期飞行啊;且现在的飞机飞行高度达不到,飞行速度过快机身和人体都无法承受。导弹飞得远因为零件少,飞机的配件太多,过高过快都不行。

因为两者没有任何可比性。洲际导弹的难度远没有你想的那么高,倒是追求绝对安全可靠并且经济环保的大型民航客机到今天也就是波音和空客两家能搞定,远远不止发动机一个难关。弹道导弹技术倒是早就烂大街了,拥有是很简单的事情,至于精度等性能指标都是次要的,反正大部分国家拥有弹道导弹的目的就是威慑,尤其有了核弹头之后。我们也就是10多年前刚刚装备了固体火箭发动机的洲际导弹,要说尖端,我们在洲际导弹上比美国和俄罗斯还是有明显差距的。


王小二君临天下

有意思的问题。这应该是大多数航空迷们共同的疑问。

首先,国际间对洲际导弹的定义,一般是指射程超过5000公里的导弹。按这个要求来看,世界上现役的洲际导弹种类也不多。比较知名的,如美国的民兵系列,俄罗斯的白杨系列,中国的东风系列(东风5/31/41),以及印度自诩的烈火5(号称超过五千公里,顶多够上门槛)。洲际导弹可以轻松实现超过5000千公里的射程,甚至过万公里都是常事。那为什么可以做到这样呢?那就不得不提它的发动机。



洲际导弹发动机,采用的是火箭发动机,跟我们常见的神州系列火箭是同一个原理。这么说明白了吗?对,就是它们都是一次性的。用完即丢。这是跟飞机发动机本质的区别。导弹发动机的原理是,用体积换取射程(距离)。一般有一节都是燃料,如神州五号一类的火箭,三节火箭中,其中基本都有一节是填充液氧液氢过固体燃料。这样可以全力冲刺,将燃料完全发挥到极致,到达目的地就完成任务。



而飞机可以这样吗?显然绝对是不行。常识告诉我们,飞机是需要重复使用的,又不是各个要当“神风特战队”,有来无回。这样哪怕是美国都承受不起。承受不起的还不是战斗机毁损的代价,而是战斗力飞行员,毕竟“行走的黄金”的称号可不是盖的(据统计,培养一个战斗机飞行员的价格等同于跟他一样重的黄金的价格)。而要想重复使用,就必须跟一次性的火箭发动机区别开来。这就不得不提飞机的发动机——涡轮发动机。




涡轮发动机工作原理示意图

涡轮喷气发动机推力是气流作用在发动机内、外表面上作用力的合力,它是作用和反作用原理在喷气发动机工作时的一种应用。有些人认为喷气发动机之所以能产生推力,是因为喷出的气体向后作用到外界的空气上,外界的空气再给它以反作用力,也就是推力,以此来推动飞机向前飞行,这是一种误解。实际上如前所述,由于喷气发动机各部件的工作,流过发动机的空气流以很高的速度流出发动机,即发动机作用于这股流过发动机的气流一个很大的向后的力,这股气流即给发动机一个反作用力,这就是发动机的推力。由此也可以看出,推力是气流作用在发动机内、外表面上的轴向力之和(在某些部件上,轴向力向前,另一些部件上轴向力是向后的),这也就是发动机所产生的推动飞机向前运动的力。

其次,燃料不同。像前面所说,导弹为了飞的更快更远,始推力必须足够强大,因此质量跟热值是其考虑的关键,而燃烧热值大的液氢夜氧或者固态燃料才是最好的选择,这也是我们看到导弹和火箭飞行时产生长长的尾焰的原因。然而,这些燃料的缺陷同样明显,那就是易燃易爆,一个小火花就可能导致爆炸。所以为了考虑经济性和安全性,航空发动机使用的是航空燃油,不仅价格比液氢液氧便宜很多,关键是稳定性好,安全性高,不易产生爆闪爆燃现象。



除此之外,洲际导弹和飞机的工作环境完全不一样。洲际导弹是要穿过大气层的,阻力会小很多,速度会非常快,特别是末端突防速度甚至高达十马赫以上。而飞机不可能穿越大气层长途跋涉,更不可能速度达到十马赫,至少人类历史上还从未出现速度超过五马赫的飞机。这么高的速度,按当前的设想,最可能出现的就是机毁人亡的景象。一般短暂三马赫的速度,已经是现在飞机速度的极致了,且这样会对发动机的寿命影响很大。



以上的区别,决定了飞机发动机无法使用导弹发动机,无法像洲际导弹一样随便就飞上万公里。不过,听说第六代战机配备的变循环爆轰发动机能极大提高战机的续航能力,你认为可能吗?

欢迎在下方留言分享你的想法哦~


分享到:


相關文章: