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


洲际导弹使用火箭发动机,而战斗机使用的是喷气发动机,这两种发动机从原理上来说根本不同,其标志性的区别就是:

火箭发动机:氧化剂全部都是自带的;

喷气发动机:氧化剂来源于大气中的氧气。

先来分析火箭发动机:

火箭发动机需要同时携带推进剂和氧化剂,推进剂占导弹起飞重量的90~95%。其中的固体燃料发动机使用的固体燃料,混合了推进剂和氧化剂,其中氧化剂成分通常占60~75%。而液体燃料发动机一般有两个或两个以上的燃料罐,分别装推进剂和氧化剂。

火箭发动机不需要吸入空气作为氧化剂,因此结构相对简单,没有进气口,喷气速度非常高,发动机工作时间短(几十分钟),而且是一次性使用,推力不可调。

使用火箭发动机的导弹,不仅能在空气中飞行,也可以进入太空,甚至在水中飞行(推进)。

再来分析喷气发动机:

喷气发动机只携带推进剂,依靠空气作为氧化剂(助燃剂)。为了确保推进剂正常燃烧做功,需要吸入外界的空气(氧气)。燃油装载量(内油)约占正常起飞重量的30%。

解决发动机进气问题,是喷气式动力的关键。实际上喷气式动力的很大一部分设计都是为了解决高效、稳定进气的问题。同时,喷气式发动机需要在战斗机飞行全过程提供动力,持续工作可靠性要求极高,因此发动机的结构更加复杂。

喷气式发动机需要空气作为燃烧剂,因此喷气式战斗机只能在大气层内飞行(一般升限20000米内)。但推力可以调节。

了解了两种发动机的区别,再来分析下面一组数据:

俄罗斯最新型的RS-28“萨尔马特“陆基洲际导弹,采用液体燃料,总重达到100吨,弹头重约10吨,射程超过1.1万公里。推进剂约占导弹起飞重量的90%。

美军F-35A,正常起飞重量21约吨,内油8.3吨,内油约占起飞重量的40%,航程2200公里。内置弹仓载弹1400公斤,外挂载重6000公斤。

可见,洲际导弹依靠结构相对简单的火箭发动机、高比冲燃料、大气层外弹道,实现的性能是:速度极快、射程很远,但是负载能力较小。

战斗机依靠复杂的喷气发动机、航空燃油、常规气动飞行,实现的性能是:速度较慢、航程较远,但是负载能力较大。

如果战斗机换成了火箭式动力,战斗机简化了发动机和进气系统,但火箭式动力系统中的燃料(尤其是氧化剂)大大增加了战斗机重量,整个战斗机系统可以参照挑战者号航天飞机想像一下。此时,可以分为以下两种状况:

一是仍然在大气层内飞行。战斗机速度很快,但阻力也伴随着快速增加,使其难以突破3M;发动机燃料快速消耗,只能维持数十分钟动力,可能刚刚到达目标地域,燃料就消耗殆尽,那么飞行员咋么办?同时,战斗机只能携载较少的武器,打击威力大大减弱。

这就是一枚普通的大型飞航式导弹。

二是进入大气层外飞行。战斗机进入太空飞行后,抛弃那个庞大的主火箭发动机,并最终依靠较小的火箭动力机动飞行完成任务,并返回大气层。

这已经与航天飞机没什么两样了。


军备解码


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。


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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。


蛋科夫斯基


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


这个问题首先要想到重复性的问题,我们知道航天用的发动机与航空用是两种不同的概念,因为前者是一次性的东西,而后者是少有几千小时,多的上万时寿的严格要求的。再者火箭发动机与航空发动机的构造原理也是不一样的,一种是比冲高的可燃冲压发动机,一种是现在发展到涡扇的发动机。

再者能够飞行上万公里的洲际导弹其发动机的规格尺寸也要比常规航空用发动机要大上许多,这还没说能不能用上的问题。虽然目前美欧以及中国都在研发可重复利用的火箭发动机,也就是能够返回火箭一级,这样做的首要目的也是为了更大更有效的降低火箭发射的单次成本,虽然潜在的利好是可重复使用。

但即便能够重复使用,从次数上也是和航空用动辄几千小时的寿命没法比,如果反过来想,如果按照现在的技术能力即便把火箭发动机装到了飞机上,这样高成本的且寿命更有限的发动机带来的必然是飞机制造成本的大幅飙升,这还不算因为火箭的飞行速度是要冲破大气层的宇宙速度,你放到飞机这样的结构体上,能够预见的必然是飞机的解体。


长安小师爷


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


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


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


讲个段子就明白了:

一天,火箭引擎的工程师和飞机引擎的工程师在一起吃饭,火箭的说:“你看啊,我们的天宫,神舟都上天好几次了!你们的大飞机还没出窝!” 飞机工程师大怒:“有本事你把火箭的油耗说出来听听,你们那玩意能重复使用吗?”火箭工程师笑而不语。。。


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