来源：兵工科技
前些日子，中国国产空天飞机研制的消息被外媒炒得十分火热，有的朋友就问了，我国空天飞机研制、试验取得了重大进展，那么空天飞机的“心脏”——空天飞机发动机的研制究竟处于怎样的水平？它是否也和航空发动机、船舶发动机一样受制于“心脏病”？
实际上，中国在空天飞机动力技术的研究试验上，也处于世界第一梯队水平。这不，2020年9月21日，西安航天动力研究所官方微信公众号发布了一篇题为《十年艰难求索路一飞冲天震九霄——我所研制的某组合动力发动机首飞成功》的新闻稿件，其中透露了一条非常重大的信息——中国的国产新型组合动力发动机，刚刚首飞成功了！
本次新型组合动力发动机试验的西北戈壁
组合动力发动机，空天飞机的“心脏”
空天飞机的动力与常规飞机相比最大的特点就是，它要进行跨介质工作，在大气层内和临近空间不同环境状况下都要能正常工作，而常规飞机的发动机针对的仅仅是大气层内，主要是25千米以内的工作环境。
目前而言，空天飞机工作的介质环境大致可以分为三个范围，一是距离地面大约30千米以内，这个地方是目前绝大多数常规飞机飞行的范围，使用的主要是涡轮喷气式发动机。二，在超过30千米，到50、60千米的地方，由于地球引力作用变小，空气就非常稀薄了，这个时候如果使用涡轮喷气式发动机，就没有足够的空气进入发动机燃烧室，发动机就得熄火。因此目前大多数战斗机的实用升限都在25千米以下，只有SR-71“黑鸟”能在30千米高飞行，而且，它使用的发动机与一般常规飞机还不一样。在这个空气稀薄的区间空天飞机要正常飞行，就必须使用另一种吸气式发动机——冲压发动机。因为冲压发动机工作的要求速度比涡扇发动机更高，飞机飞得更快，那么就有越多的空气进入冲压发动机燃烧，这样一来就可以解决稀薄空气中的燃烧氧化剂问题。三，当空天飞机飞行高度超过60千米，达到100千米甚至于更高的高度位置，这里的空气已经稀薄到连冲压发动机都无法工作的地步，属于与外太空环境类似的临近空间了，这里就要用航天器上广泛使用的火箭发动机来推动。
美国超燃冲压发动机正在进行测试
简单的说，空天飞机要在不同的环境下飞行，因此就需要有适应不同环境的多种动力装置，这就是“空天组合动力发动机”。
从报道看组合动力发动机——可能是火箭基组合循环发动机
那么，从西安空天动力研究所发布的新闻稿中，能看出哪些东西呢？这个“组合动力发动机”，具体可能采用何种技术呢？
目前而言，空天组合动力发动机主要分为“涡轮基”和“火箭基”组合循环发动机两个大类。从报道的具体内容看，西安空天动力研究所此次成功首飞的新型发动机，应该属于火箭基组合循环发动机中的一种。为什么呢？
首先来看新发的试验发射：“伴随着巨大的响声，一支穿云箭划破宁静，缕缕白烟在蓝天与黄沙的映衬下分外惹眼，仿佛架起天与地连接的桥梁。”这种诗意的笔触，描写的显然是火箭助推发射时的场景，这一技术也被称作“火箭引射过程”，这个时候，与吸气式发动机并联的火箭发动机开始点火，空天飞机从地面开始起飞，此时的速度，在0到3马赫之间。
那么火箭发动机成功实现引射过程之后，就要轮到与他并联的“吸气式发动机”工作了，它是火箭基组合循环发动机的另一个组成部分。新闻稿原文中这样写到：“进一步验证了真实飞行状态、来流条件下发动机各项关键技术”，从来流这个术语来分析，可以确定与火箭发动机组合的确为一种“吸气式发动机”，所谓吸气式发动机，就是自身不携带氧化剂作为燃料一部分，依靠吸气方式从大气中获取用于燃烧工作的氧气（氧化剂）从而燃烧工作的发动机，我们熟悉的喷气式发动机（包括涡扇、涡轮轴、涡桨、涡喷和冲压发动机）都属于吸气发动机范畴。
那么，这个火箭基组合循环发动机中的吸气式发动机，具体而言究竟使用的是哪一种呢？是亚燃、超燃还是涡扇发动机？
从报道中该组合动力发动机总师张蒙正的诗一首分析，“启动顺利流道畅，点火迅速室压高。”很有可能是超燃冲压发动机或亚燃/超燃组合发动机，这种发动机的特点是超声速气流直接进入流道，在燃烧室中与燃烧剂掺混，在高温、高压、高速的条件下直接燃烧，产生巨大的能量。实际上，要在超声速甚至高超声速来流中点燃燃烧室是非常困难的，有技术专家将其形容为“在十级台风下点燃一根火柴”。然而从张蒙正总师自信豪迈的诗句中可以看到，超燃或超燃/亚燃冲压发动机，模态转换巧妙自如，产生了极高的功率增益，试验获得了圆满成功。
一种火箭基组合循环发动机RBCC结构示意图
从技术角度看，其与火箭基发动机并联的，更有可能是一种超燃/亚燃冲压双模态发动机，它的机理，是超燃冲压发动机在6马赫以上以正常的超燃状态工作，而当马赫数低于6时，会利用变循环技术和调整机构在进气道内产生正激波，通过激波让气流减速，从不到6马赫减到声速以下，这样一来发动机就变成了亚燃工作模式。这种利用激波的方式，就有效扩展了超燃冲压发动机的工作范围，使其成为了一种双模冲压发动机。
结语
当然，关于成功首飞的新型国产空天组合动力发动机，由于目前官方并未公开予以详细报道，其具体采用了何种结构和技术尚需要时间来给出答案，但有点板上钉钉——中国是世界上最早宣布空天组合动力发动机成功首飞的国家之一，也是在火箭基组合循环发动机上研制进度最快的国家之一。飞行器研制，动力先行，空天发动机是空天飞机最核心也是技术难度最大的关键技术之一，在空天组合动力发动机上取得突破，意味着中国的空天飞机距离“一飞冲天”的那天已经并不遥远！
