接着上面说的，中国成功研制出了循环发动机，速度已经冲破了4马赫，文章尾巴还留了个话题。至于级间燃烧多模态发动机的最大速度，大概也是在4马赫左右。要想再快点，只能切换到一种新鲜的工况模式，想继续突破速度，得用这种全新的工作状态。这种工况一出现，很多朋友其实都觉得挺难相信的。其实刚开始用到这种模式的时候，种花家的人也觉得有点不太靠谱。今天就来聊聊这个话题！
挺有意思的是，超出4马赫这个特殊领域，其实英国人跑得最前面，前几年宣传得倒是挺厉害的。结果到去年年底，那家公司啪的一下倒闭了，并不是说他们是骗子，而是真正技术还没到位，突破遥遥无期。这个发动机的最大竞争对手之一，也就是我们中国啦，作为成年人，中国人的打法就是把这个特殊领域的所有类型都摊开来。今年年初，这个方向又有了一个突破性的进展。
四马赫+的涡轮发动机：只有用预冷模式才能HOLD住
如果想让4马赫以上的发动机继续采用涡轮压缩的方式，那就得用预冷系统，否则无法实现更快的速度。因为在涡轮压气机的进气口，温度能飙到几千度，低压压气机叶片根本扛不住。这么高的温度会让气体膨胀效率变差，推力就上不去。原因很简单，高速气流的动能会转变成热能。平时在20到30公里的高空，大气温度大概是-70℃左右，可当四马赫的飞机冲进这些高度时，空气温度会飙升到600多度！
其实这个高温不是靠离千度差不多的空气温度直接来的，而是在高速飞行中，发动机经过激波压缩之后产生的温度。你想啊，飞机在高超音速飞行时，发动机是不敢直接面对那超高速气流的，它会被包裹在激波所形成的进气道里。这个激波起到压缩的作用，把超音速气流变成亚音速，温度也随之大幅上升。你说得对，超音速气流要是让发动机“曝晒”在外，早就烫得不行了。实际上，发动机都藏在这个激波压缩区里，避免直接面对那么高的温度。
多个斜激波叠加，再加上可能出现的正激波，都会让温度继续冲高，而且激波的压缩效率也挺高的，气流被压缩之后温度还会升上去。整体来看，温度基本上会提升30%到70%，达到850到1050°C。很多朋友可能会问，既然这样，为什么不用涡轮发动机呢？为什么不改用超燃冲压或者旋转爆震发动机？其实，归根结底，最后这些方案都会导致高温气流膨胀，压缩效率变差。所以说，这个预冷系统，从某种角度看，是吸气式发动机都必不可少的技术之一。
预冷式组合循环发动机这个技术挺炫的，不过英国那家公司自己玩得也挺惨的，竟然搞到破产了。
把进入发动机的空气提前冷却这事，是美国人Robert P. Carmichael在1955年想出来的，但一直没受到多大关注。到了80年代，英国的工程师Alan Bond把这个概念发扬光大，开发出了HOTOL单级入轨航天飞机的发动机。后来，这个技术又演变出了Rolls-Royce的RB545以及Reaction Engines的SABRE引擎。
其中Reaction Engines的SABRE引擎是曾经最先进的预冷式发动机项目，这种发动机设计确实比较天才，从理论上来看性能也非常不错，可以从地面起飞，直接进入近地轨道，也就是单级入轨，这种发动机的原理大概有如下几个步骤：
这个工作模式是不是理解起来有点困难？不理解就对了，因为种花家在看下面这个原理图时也是领会了好一会才明白其工作过程，理解起来确实有点困难，特别是其工作模式超出常规理解时有点转不过弯来：
有兴趣的朋友可以深入了解一下，不感兴趣但又好奇的朋友只需要搞明白一点：冷空气的体积比较小，在同一时间内通过发动机的流量就能显著提高。对发动机来说，流量越大，推力也就越强，这样就能给火箭发动机输送更多的氧化剂，从而烧掉更多的燃料，产生更强的推力。
这套发动机设计挺新颖的，利用大气层中的氧气飞到大约30公里高空，然后再由火箭发动机接手实现单级入轨。上世纪80年代，罗尔斯罗伊斯开发了RB545发动机，打算用在HOTOL航天飞机上供动力，起初用液氢毛细管直接制冷，可就是解决不了氢脆的问题。结果到1988年，这个项目就中止了。
1990年，Reaction Engines（反应引擎公司）接手这个项目，把名字改成了SABRE（佩刀），继续研究。技术路线基本保持不变，但整体系统已经升级，不再用液氢直接冷却，而改用氦气作为中间介质，解决了氢脆的问题。到2024年10月31日公司破产前，预冷器技术已经在地面测试中达到了一个重要里程碑，能把输入的高温气流转移超过10兆瓦的热量。
Reaction Engines破产的原因其实挺直白的，从1990年代初开始就一直在烧钱，到了2024年，已经过去了30多年，还是没见到什么实质性的回报。虽然有通用、罗罗和欧洲空间局这些大投资者的资金支持，但遥遥无期，再加上英国那点儿工业基础，想把空天飞机直接变成真正的生产力，几乎不可能搞成。到最后，没有希望了，公司资金断裂，只能宣布破产了。
其实，预冷式发动机的应用范围非常广泛，一旦技术普及，超音速和高超音速时代就会迅速到来。偏偏Reaction Engines走了一条难度最大的路子，非得搞空天飞机的引擎，技术突破后也很难实现大规模生产。毕竟，英国这个国家体量有限，支撑不起空天飞机的研发。如果他们改做常规发动机的预冷技术，估计Reaction Engines公司也许还能取得一些小成就，但像这种大规模推广的技术路线，只有像中国这样实力非常强大的国家才能玩得转，连美国都感到力不从心！
英国嘛，和中国一比，确实差得远。中国可是把科研的每个角落都给铺得满满的，各个方向都在打基础，布局得妥妥的。
英国的反应引擎公司倒闭了。中国有个“云龙”动力，和英国的佩刀式发动机挺像，结构差不多，发展情况也差不多，比如说在2021年，中国就在5马赫条件下完成了预冷器的热态试验，短短几毫秒内把温度降了将近1000℃。
2025年1月份，SCMP报道说，到了2024年底，云龙发动机的预冷涡轮系统在不少关键子系统上都有新进展：氦闭式循环、进气道设计、预冷器结构，还有核心机方面都取得了突破。外面的人猜测，云龙预冷发动机可能已经开始进入工程化设计阶段啦。
我们的目标呢，就是要打造一款单级入轨的空天飞机，因为用这种动力系统来做这类飞行器特别合适！不过，从实力角度来看，像空天级的飞行器研发，只有中美两国能胜任。再加上近年来的各项工程推进来看，只有中国最适合承担这种关系未来的重大任务，帮人类多操操心。
中国不仅在云龙预冷发动机上深入研究，还在推进腾云工程，这个方案采用二级入轨的方式。第一一级呢，是一架庞大的高超音速飞行器，它飞到大概30公里的高空，速度达到7马赫左右时就与子级分开。然后，子级点火火箭发动机，朝着近地轨道冲去。完成任务后，一级会返回机场进行检修，准备下一次行动。
腾云工程采用的是涡轮发动机、冲压发动机和火箭发动机的组合，这架飞行器的技术水平相对来说没那么高难，因为涡轮和火箭发动机都挺成熟的，比如说涡轮发动机还能用上能达到四马赫速度的级间燃烧双模态发动机（变循环的高级之一）。
冲压发动机可能算是个难点，超燃冲压发动机应该已经弄清楚了，93阅兵也公布了YJ-19吸气高超音速导弹和CJ-1000高超音速巡航导弹，说明中国在超燃冲压技术上已经相当厉害了。只是，在4到5马赫速度区间，超燃模式切换或许还存在些问题。如果采用预冷系统加上级间燃烧的双模态发动机，突破到5马赫以后这个问题就没啦，或者用火箭引射配合亚燃或超燃冲压发动机，也都能解决这个难题。
各位不用怀疑，在种花家提及的每一个领域，中国都在同步进行研究！另外下文还要介绍下预冷式发动机的各种路线，可以说能让你大开眼界，完全超出你的理解范围：
预冷用的介质液氢确实存在氢脆难题，不过用超临界氦冷却虽能解决这个麻烦，但结构变得特别复杂。于是咱们中国的工程师们就选用了液态甲烷，不光作为燃料，还兼着冷却的作用，甲烷没有氢脆的问题，可以直接通过冷却通道的毛细管，把上千度高温的空气在热交换器里进行降温。
压常温下，液态甲烷的温度大概在-162℃左右，比起-253℃的液氢在冷却效果上自然要差一些。这就导致压缩比和空气的流量之类的参数不如用液氢和超临界氦时的冷却效果。不过，甲烷的好处就在于结构要相对简单得多，比如在民用高音速飞行器（超过四马赫，可能低于五马赫）上完全没问题。因为液态甲烷的成本比较低，加注的要求也比液氢宽松得多，有些侦察领域的超音速飞行器，完全可以用这类燃料。
它的配置不一定非得跟组合循环结合，还可以搭配涡轮喷气发动机，或者用在带级间燃烧的双模态发动机上。这个冷却介质还能延伸到液氨，甚至是普通的燃油，液氨的温度大约在-33℃，虽然冷却效果没那么强，但跟普通发动机结合后，性能也是能大大提升的。
在实际工程中，采用碳氢燃料的预冷方式，虽然冷却效果没那么理想，但比完全不冷却的明显改善，能在普通发动机速度左右带来大约0.5到1马赫的提升，让2.5马赫提高到3.5马赫以上。这一效果还真是立竿见影，要是你觉得不错的话，也可以跟级间燃烧的双模态发动机结合，基本上这类设计搞懂了，几乎就能一路顺风顺水。
中国在各个方面都在不断探讨研究，甚至包括爆震发动机，比如旋转爆震和驻定斜爆震发动机啥的。预冷式技术跟这些发动机都脱不开关系，因为一旦迎面气流超过4马赫，这个问题就会出现。通过合理搭配，就能为这些类型的发动机带来显著的性能飞跃。
近五年来，中国的工程师人数比其他国家总和还要多，科研经费也远超全球其他国家的总额。大型国家不需要偏向某一条路，走的路子多得是，总能找到一条成功的途径，或者在这些方向中挑出最优的那一条。而小国家只能专注于某个研究方向，一旦选错了，就可能影响到整个国家的命运！
英国反应引擎公司最终走向了后一种结局，这条路其实是没错的，但英国没有那种由国家主导的研发体系，完全依靠单一公司的融资支持。即使方向正确，资金投入要多久才能到位也是个问题，等到投入迟迟不到位，风险投资可能就会跟着撤退或选择止损放弃。如果英国政府不出手干预，这家公司的未来很可能就是倒闭或者被其他国家的企业收购。
美国的军工科技跟英国还是有点不一样的。美国的问题在于军工复合体跟政府官员勾搭得挺紧的，过去靠打仗来养战，总是搞战争，然后军火需求一下子飙升，军工企业也跟着发了横财。最近这些年，美国的实力有所下降，直接参战的战争也少了许多，于是就变成搞代理人战争，或者在军工研发上下功夫谋利。
把研发体系搞得越来越高端，规模越来越大，范围也变得越来越全，现在你可以瞅瞅美国的各种工程，比如阿尔忒弥斯计划、火星采样项目、空军和陆军的激光武器研发、海军的驱逐舰计划啥的。每个项目都追求全面，加入了不少子计划，结果搞得整个计划体系变得越来越庞杂，花的钱也蹭蹭上涨，搞个最终都难以为继。
美国最闹心的地方有两块，一个是发动机领域。之前咱们聊过的，就是那种级间燃烧双模态发动机，也就是变循环发动机的高速版。美国通用和普惠的XA100、XA101，主要还是在追求油耗效率，推力多点提升，但没想到会追求极限速度。中国一出手，目标直接设定在4马赫，结果让美国一下子愣住了，完全没料到中国竟然已经开辟出一条全新跑道。
另外一个让美国头疼的事儿是六代机的研制，洛马、波音、诺斯罗普这些大厂都拼命挤劲儿搞，价格也跟着飙涨到2.5亿美元一架。有意思的是，美国空军最后都打算放弃了，从2023年底就开始制造声势，到2024年8月差不多要重新考虑评估方案了。就在这节点上，2024年12月26日，中国突然公布了南北两款六代机，搞得美国一时间措手不及。
今年3月份，特朗普匆匆忙忙宣布波音F-47中标美国六代机，但是半年多来连清晰一点的PPT照片都没有，这是美军在二战后70多年的战机研发历史上从未有过的。一直到前几天，美国才公开了6代机的俯视图：
采用无尾拉姆达机翼设计，还搭配一对小鸭翼，估计大家都知道了吧，基本上就是沈飞的六代机鸭翼版本啦！一直以来，美军战斗机的气动布局设计在全球范围内都是领头羊，但现在轮到咱们中国了，因为国家的军工研发和制造水平全面提升，在各种可能的方向上都敢于试错，这比美国那些只想着挣钱的军工企业的机会多出好多倍。一旦取得突破，就能逐步带动整体水平的提升，从而实现全面超越！
现在的美国正处于一个很尴尬的阶段，明显不太适应咱们中国这种激烈的竞争模式。虽然他们的科技实力还在，毕竟底子还在，但制造业的衰败让他们的想法变成实际产品变得不那么容易。试错的空间越发狭窄，因为缺乏配合的制造基础，结果钱花得多了，买咖啡杯啥的倒挺多，但在硬核技术和核心武器方面似乎没啥作为。这样的美国，怎么还能和咱们中国一争长短呢？
