洲際導彈可以飛一萬多公里,飛機為什麼不用這種發動機?

頭頂燕飛過

因為有一種東西叫做“效率”。飛機要用什麼樣的發動機不是單純比較航程和速度。

第一個,飛機發動機的工作效率比火箭高得多。

所謂的工作效率,就是一樣的燃料,誰帶的東西更多、飛的更遠。

洲際導彈只要看一下下面這張圖裡洲際導彈的結構就知道了,洲際導彈大部分結構都是各種發動機和燃料,只有最頂端的戰鬥部算是有“戰鬥力”的。比如說,俄羅斯的SS-N-30圓錘洲際導彈,長12.1米,直徑2米,發射重量36.8噸,戰鬥部全重1.2噸,所以說三十多噸的導彈,有效的載彈量只有一兩噸,實在是小的可憐。

而相比之下,美國的B-1B“槍騎兵”轟炸機,飛機的起飛重量220噸,其中載彈量居然可以達到驚人的60噸,並且同樣具有1.2萬公里的航程。這種飛機使用的發動機還不是民用客機中使用的大涵道比渦扇發動機,民用飛機的工作效率只會更加高。

實際上只要對比一下導彈和飛機發動機的原理就可以知道了。導彈的發動機結構相對比較簡單,但是在工作的過程中會浪費大量的氣體動能和熱能,所以發動機效率很低。飛機發動機,尤其是大涵道比航空發動機,效率則會高很多。

第二個,飛機發動機的使用效率比火箭高得多。

所謂的使用效率,就是在整個發動機的壽命內可以實現總的工作量。

火箭發動機基本上是一次性的,所以發射一次基本上發動機也就廢了(現在的SpaceX可回收式的火箭才能夠實現發動機的多次使用)。飛機發動機的使用壽命卻可以高達數萬小時,所以說火箭一發就用一次,飛機則可以反覆使用。這樣誰的使用效率高、誰的效率低就一目瞭然了。

總結一下,飛機和火箭的作用是不一樣的,飛機發動機主要是要求效率高、壽命長,火箭發動機則是推力大、高速性能好和可以在大氣層外工作。兩種發動機在大部分情況下是不可以替代。


SilentTurbine

洲際導彈動力系統與飛機發動機有很大區別。洲際導彈動力系統大多采取液態推進裝置或固體燃料火箭推進機,一般可以飛一萬多公里。而航空發動機是一種高度複雜和精密的熱力機械,為飛機提供飛行所需動力,作為飛機的心臟,它直接影響飛機性能及可靠性。

火箭動力系統主要是應用動量守恆,系統內能發射前後完全不同,新增內能源於對火箭所附帶燃料進行燃燒從而增加系統推進能力。同時,物質被噴射出後,單位時間內質量低,速度快,從而保證火箭能加速飛行。

就目前應用比較多的固體推進器而言,準確名稱叫固體火箭助推器。火箭在受到技術條件限制達不到所需要推力值情況下經常會選擇捆綁若干個固體燃料助推器,這是遠程火箭動力系統重要組成部分,火箭起飛時,助推器和一級主機同時點火,燃燒完畢後與一級分離被拋掉。

此外,火箭動力系統中還有專門大推力火箭發動機,這與飛機發動機設計原理也完全不同,他們是利用衝量原理,自帶推進劑、不依賴外界空氣的噴氣發動機。火箭發動機不像噴氣式發動機那樣需要進風口,所以不需要從總推力中扣除衝壓阻力。

而正因此,其主要作用也與飛機發動機不同,更多是需要在火箭起飛初期為升空和之後飛行提供巨大推動力,而航空發動機還需要考慮功率比重、燃油消耗量、迎風面積、工作壽命等諸多問題,兩種動力推進裝置設計風格與實際任務完全不同,所以自然無法互相替換。【張屹】


大國策

洲際導彈一般使用大型液體火箭發動機或固體火箭發動機,目前在役的飛機均沒有采用火箭發動機的,歷史上只有航天飛機採用火箭發動機。

這是因為如果只是追求一萬多公里的航程的話,飛機並不需要使用洲際導彈的發動機,因為現有大型飛機使用的發動機,只有油料充足,基本上都支持一萬多公里的飛行。民用飛機比如採用渦輪風扇發動機的波音747,就擁有高達15000公里的最遠航程,軍用飛機如採用渦輪噴氣發動機的B-52,航程更是高達16000公里,甚至採用是渦輪螺旋槳發動機的圖-95轟炸機,也擁有超過12000公里的航程。

飛機之所以不採用火箭發動機,首先因為絕大部分飛機都是要長期重複使用的,而火箭發動機基本上是一次性的,雖然大家都知道現在美國已經成功實現了火箭的重複發射,但目前重複使用火箭發動機的技術並未成熟,而且目前火箭發動機要實現重複使用的話,需要花費大量檢查修復的時間和費用,遠不能滿足飛機這種可能不到一個小時就要重新復飛的需要。

此外,火箭發動機動力對於飛機來說,過於充沛,啟動時對周邊環境的影響過大,又無法進行靈活的空中機動,而且成員的舒適性太差,航天員都要經過長時間的專業訓練才能適應。

除了技術因素外,更多是基於經濟性的考慮,飛機的發動機可以長期重複使用,消耗的只是相對便宜的航空燃料,要達到同樣的航程,一次性的火箭發動機的費用要比飛機高近百倍,比如長征11號一次的發射費用約為8000萬,私人包一架飛機洲際飛行的費用尚不到100萬。


諸葛小徹

用類似導彈的飛行方式執行客運,用飛機幾十倍的速度進行人員貨物運輸,正是現在設想的熱點。

用彈道飛行的火箭(而不是靠空氣升力飛行的飛機)進行運輸的想法古已有之,嚴格來說導彈本身就是一種運輸工具,只是它運輸的是炸藥和毀滅,而不是人員和貨物。早期的幾次亞軌道載人飛行也可以算是運輸,像美國的第一次載人亞軌道飛行,謝潑德在水星-紅石3號上飛行了15分鐘半,降落在486公里之外,時速接近2000公里,超過了絕大多數的飛機。在一些科幻小說的設想中,像是《fatherland》裡面,就描述了納粹德國贏得二戰之後,將火箭技術發展為跨大西洋的越洋快速交通工具的設想,這是有事實作為支撐的。

但是現今為止,有幸用亞軌道彈道飛行的只有少許經過訓練的航天員,這主要是處於兩個原因。首先是發射時的過載,出於充分發揮火箭能力的原因,發射火箭的過載都要遠大於水平爬升的飛機,早期載人火箭的G值可達7~8,現在隨著技術進步一般火箭G值降到了5左右,航天飛機能降到3,這意味著發射的短時間內人體承受的重力會增加3~5倍,沒受過訓練體質不好的普通人一般是難以承受的。其次就是飛行成本,如果火箭發射後不能順暢降落重複利用,相當於坐一次航班飛機就摔掉報廢,這在經濟上是無法承受持續運營的。

所以要想讓火箭運輸成為現實,首先需要足夠高性能的火箭降低起飛降落過載,其次需要穩定可靠的火箭發射回收技術。現在這兩方面做的最好的就是SpaceX,他們最近剛剛提出了這方面的設想,希望通過低價,海上發射的可重複使用火箭,在主要城市之間實現30分鐘數千英里的往返速度,例如從曼谷去迪拜,或是從夏威夷去東京,最高時速可能達到約1.67萬英里(約合2.69萬公里)。如果這一設想順暢實現,不遠的未來我們就有可能乘坐火箭像導彈一樣高速抵達目的地。


海邊椰子

洲際導彈為了可以隨時發射,方便存放,使用的都是固體燃料發動機。

如果飛機使用這種發動機是不可以的,因為固體火箭發動機一旦啟動,基本上都是直接運行到燃料耗盡,很難精確調控推力,無法重新啟動。


而飛機不能像竄天猴一樣飛出去不回來降落,這就導致了飛機不適合使用固體火箭發動機。

那麼,使用液體火箭發動機可以嗎?當然可以。二戰時候的德國就有Me163參戰,它使用的一款液體燃料火箭動力發動機。


液體燃料相對於固體燃料,可控性好的多,可以調節推力,但是這玩意不穩定並且有毒。所以駕駛這些飛機的飛行員都得穿著防護服。

Me163可以在分分鐘飛上高空攔截轟炸機,這種飛機在當時是一種無敵的存在。然而畢竟是火箭發動機,所以損失中的80%發生在起降階段。

那為什麼現代技術發達了,燃料也可以沒毒,並且可控了,飛機還不使用火箭發動機呢?

其中的原因有很多,首先就是燃料比衝的問題。就是你用多重的燃料,可以給飛行器帶來多少衝量。說簡單一些,就是使用常見的飛機發動機,比使用火箭發動機,帶給飛機的能量可以高出三到六倍。這還不算上操控或者性價比之類的問題。

雖然火箭發動機可以瞬間提供很大的推力,但是實在不適合在飛機上用。除非飛機和Me163的任務一樣,迅速升空攔截轟炸機,然後“落地成盒”。這完全不如來一發地對空導彈有效。

如果飛機想要進入大氣層外執行任務,那按照現在的技術來看,鞋帶彈藥並且可以達到這個目標的戰鬥機,體積要比航天飛機大的多。所以目前看來,火箭發動機在飛機上的應用還有些困難。

但是飛機也有一種技術可以實現比導彈飛的還快,那就是正在研製的超燃衝壓發動機。



蛋殼科普

二者氣動外形有天壤之別,火箭就那麼簡單的一個錐體結構,但是飛機就沒那麼簡單了。
從速度上講,導彈的速度與飛機的速度根本不是一個級別,如果硬要將飛機提到這個速度,飛機和飛行員都受不了。
洲際導彈用的火箭發動機,是一次性使用,略顯簡單粗暴,飛機用的渦扇發動機,可以循環利用,後者更為精密複雜。

復興軍事

首先要明白洲際導彈之所以能飛那麼遠和發動機本身關係不大,雖然導彈的發動機一般都具有很大推力但是讓導彈飛那麼遠的秘訣在於導彈的氣動外形。對比一下就知道洲際導彈大多都是圓筒彈身加上圓錐彈頭,飛行阻力是非常少的,這就大大給發動機降低了工作負荷,即便是攜帶少量的燃料也可以飛行相當長的距離;而一般的戰鬥機都不具備這種優秀的氣動外形。關於氣動外形的選擇還要說一說洲際導彈和飛機的原理差別。

洲際巡航導彈在發動機推動之下升到一定高度,藉助地球引力做巡航飛行時發動機僅僅提供一種平衡推力。這種推力平衡了導彈受到的阻力導彈處於受力平衡狀態,就像衛星一樣做著勻速圓周運動,也因此飛行距離對發動機的要求並不很高。而洲際導彈中的另一種“彈道導彈”原理又不一樣,彈道導彈是藉助發動機推力提升到一定高度,在下落過程中藉助空氣動力學原理遠距離滑翔到目標上空,這樣做對發動機的要求就更低了,代價是制導精度大幅下降航程也嚴重萎縮。印度的烈火5導彈就是以這種形式發射的,保守估計其射程在5000公里上下.

最後是戰鬥機的的飛行需要,飛機需要具備長時間巡航飛行、多種超機動動作的能力,這就是他不能採用導彈氣動外形的原因,氣動外形上的阻力消耗了發動機功率和油箱的燃料,航程上的大幅縮水由此而來;此外就是飛機的飛行原理問題,飛機藉助機翼形成的上升力達到上下表面的受力平衡,而機翼上的受力也是發動機推力提供的空氣動力,這本身就是嚴重消耗燃料的,再加上飛機各種機動動作需要發動機隨時變更推力的大小,這也是飛機耗油嚴重的原因。

而飛機之所以不採用導彈發動機,原因在於這種發動機並不適用於飛機,導彈發動機是自己攜帶氧化劑的,這就是為什麼他沒有飛機上的進氣道,攜帶燃料之外的氧化劑需要佔用大量的空間和重量,這對於戰鬥機而言是絕對無法接受的。上文已經提到飛機的載重能力是需要發動機消耗燃料來換取的,設法減重是提高飛機航程的最基本原理。此外火箭發動機提供的推力是不可以調節的,這種發動機之所以推力巨大離不開瞬間的加速性,而戰鬥機各種動作需要發動機推力處於可變的狀態,因此戰機和導彈的發動機是絕對不可能替換使用的。


利刃軍事

我們都知道洲際導彈是指超過8000公里射程的彈道導彈,我國2017年服役的東風-41彈道導彈最大射程14000公里,如此遠的飛行距離,不禁令人想問,為何不見此發動機應用到戰鬥機上?

首先我們要明白一點,彈道導彈使用的發動機為火箭發動機,而我們的戰鬥機使用的則是渦輪發動機,兩者有本質上的區別。此外,導彈是一次性設計的,而戰鬥機則是重複性使用的,兩者幾乎沒有可比擬性!

洲際導彈的飛行速度最高可達20馬赫,落地時的速度甚至可以達到25馬赫以上,戰機不同於彈道導彈,如果戰機以這個速度飛行,估計沒飛多遠飛機全散架了,甚至是與大氣層的摩擦過程中被燒燬。

一般情況下,飛機飛行速度超過音速時,就會產生音爆現象,這時候開始遇到一股強大的阻力。先前有網友指出,戰鬥機最快可超過10倍音速飛行,其實這是不可能的,如今最快的戰機也不超過5倍音速,扯到10音速去,這傢伙簡直就是一個危險的“炸彈”!

此外,洲際導彈都是在大氣層以外飛行

,上面的阻力比較小,加上強有力的火箭發動機推進。要讓戰鬥機飛到大氣層以外,即使是戰機受得了,飛行員也堅持不了多久!網友調侃說:用可燃冰呀!100升50000公里!50000公里呀!對此你怎麼看呢?


諸葛小軍

彈道導彈是火箭發動機,與巡航導彈和飛機的渦輪發動機的概念不同,而巡航導彈的一次性和飛機的重複性使用的差別又使二者的設計思維不同,所以三者差別都較大。

氫氣是化學燃料,火箭之類的就用這種化化學燃料做動力。但是化學燃料有個致命的缺點,那就是化學燃料的能量轉換非常低,但是它的質量卻比天然氣和石油之類的低很多倍,因為火箭很大,所以它能裝很多的氫氣,以數量上的優勢彌補能量轉換上的不足。。。但是飛機的體形可沒火箭那麼大,如果飛機也裝上了氫氣,用不了多久就會因為氫氣轉換的能量不夠而大量燃燒氫氣,一下子就沒了。。。。。。所以石油在當代還是最重要的燃料。

飛機可以飛到15馬赫純屬無稽之談!因為飛機是在大氣層內飛行的,如果飛機以那種速度飛行的話,首先就是燃料不夠,可能最多也就是飛幾分鐘就沒油了。。。之所以彈道導彈能飛十幾馬赫是因為這導彈是在外層空間飛行的,空氣摩擦力小,而氫氣燃燒溫度比石油高了。

因為固態氫氧存放條件的限制,將會使飛機體積加大很多,即影響機動性,也容易被擊中,所以在飛機上不會使用;而導彈可以不在乎機動性和體積,在乎速度和航程,所以導彈可以用。

導彈飛得遠是因為它是在大氣層以外飛行,相對阻力很小,氫氧燃燒溫度比汽油高十幾倍,所以火箭、導彈都是一次性的,飛機的長期飛行啊;且現在的飛機飛行高度達不到,飛行速度過快機身和人體都無法承受。導彈飛得遠因為零件少,飛機的配件太多,過高過快都不行。

因為兩者沒有任何可比性。洲際導彈的難度遠沒有你想的那麼高,倒是追求絕對安全可靠並且經濟環保的大型民航客機到今天也就是波音和空客兩家能搞定,遠遠不止發動機一個難關。彈道導彈技術倒是早就爛大街了,擁有是很簡單的事情,至於精度等性能指標都是次要的,反正大部分國家擁有彈道導彈的目的就是威懾,尤其有了核彈頭之後。我們也就是10多年前剛剛裝備了固體火箭發動機的洲際導彈,要說尖端,我們在洲際導彈上比美國和俄羅斯還是有明顯差距的。


王小二君臨天下

有意思的問題。這應該是大多數航空迷們共同的疑問。

首先,國際間對洲際導彈的定義,一般是指射程超過5000公里的導彈。按這個要求來看,世界上現役的洲際導彈種類也不多。比較知名的,如美國的民兵系列,俄羅斯的白楊系列,中國的東風系列(東風5/31/41),以及印度自詡的烈火5(號稱超過五千公里,頂多夠上門檻)。洲際導彈可以輕鬆實現超過5000千公里的射程,甚至過萬公里都是常事。那為什麼可以做到這樣呢?那就不得不提它的發動機。



洲際導彈發動機,採用的是火箭發動機,跟我們常見的神州系列火箭是同一個原理。這麼說明白了嗎?對,就是它們都是一次性的。用完即丟。這是跟飛機發動機本質的區別。導彈發動機的原理是,用體積換取射程(距離)。一般有一節都是燃料,如神州五號一類的火箭,三節火箭中,其中基本都有一節是填充液氧液氫過固體燃料。這樣可以全力衝刺,將燃料完全發揮到極致,到達目的地就完成任務。



而飛機可以這樣嗎?顯然絕對是不行。常識告訴我們,飛機是需要重複使用的,又不是各個要當“神風特戰隊”,有來無回。這樣哪怕是美國都承受不起。承受不起的還不是戰鬥機毀損的代價,而是戰鬥力飛行員,畢竟“行走的黃金”的稱號可不是蓋的(據統計,培養一個戰鬥機飛行員的價格等同於跟他一樣重的黃金的價格)。而要想重複使用,就必須跟一次性的火箭發動機區別開來。這就不得不提飛機的發動機——渦輪發動機。




渦輪發動機工作原理示意圖

渦輪噴氣發動機推力是氣流作用在發動機內、外表面上作用力的合力,它是作用和反作用原理在噴氣發動機工作時的一種應用。有些人認為噴氣發動機之所以能產生推力,是因為噴出的氣體向後作用到外界的空氣上,外界的空氣再給它以反作用力,也就是推力,以此來推動飛機向前飛行,這是一種誤解。實際上如前所述,由於噴氣發動機各部件的工作,流過發動機的空氣流以很高的速度流出發動機,即發動機作用於這股流過發動機的氣流一個很大的向後的力,這股氣流即給發動機一個反作用力,這就是發動機的推力。由此也可以看出,推力是氣流作用在發動機內、外表面上的軸向力之和(在某些部件上,軸向力向前,另一些部件上軸向力是向後的),這也就是發動機所產生的推動飛機向前運動的力。

其次,燃料不同。像前面所說,導彈為了飛的更快更遠,始推力必須足夠強大,因此質量跟熱值是其考慮的關鍵,而燃燒熱值大的液氫夜氧或者固態燃料才是最好的選擇,這也是我們看到導彈和火箭飛行時產生長長的尾焰的原因。然而,這些燃料的缺陷同樣明顯,那就是易燃易爆,一個小火花就可能導致爆炸。所以為了考慮經濟性和安全性,航空發動機使用的是航空燃油,不僅價格比液氫液氧便宜很多,關鍵是穩定性好,安全性高,不易產生爆閃爆燃現象。



除此之外,洲際導彈和飛機的工作環境完全不一樣。洲際導彈是要穿過大氣層的,阻力會小很多,速度會非常快,特別是末端突防速度甚至高達十馬赫以上。而飛機不可能穿越大氣層長途跋涉,更不可能速度達到十馬赫,至少人類歷史上還從未出現速度超過五馬赫的飛機。這麼高的速度,按當前的設想,最可能出現的就是機毀人亡的景象。一般短暫三馬赫的速度,已經是現在飛機速度的極致了,且這樣會對發動機的壽命影響很大。



以上的區別,決定了飛機發動機無法使用導彈發動機,無法像洲際導彈一樣隨便就飛上萬公里。不過,聽說第六代戰機配備的變循環爆轟發動機能極大提高戰機的續航能力,你認為可能嗎?

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