中国摘下皇冠上的明珠，为空天战机扫平障碍，美国说我先提出理念

1957年的一天，美国密歇根大学的尼科尔斯教授驾驶车辆出行时，车子猛然前冲，一阵乱抖后发出金属敲击声。尼科尔斯教授以为车子坏了，赶紧开到了修理厂。这个时候，尼科尔斯教授还不知道自己将因为这次修车，为人类的航空航天科技打开一扇全新的大门。

技术人员检查后告诉尼科尔斯教授：“没有什么大问题，应该是发动机敲缸了，很正常的一种现象。”至于原理，技术人员表示自己也不知道。

尼科尔斯教授回想起车子在出问题那一瞬间的突然加速，心生好奇，回去查阅资料无果后，开始自行研究，揭开了发动机缸体内的燃烧方式：一种是火花塞点火后依次燃烧，火焰的传播速度约为60-70米/秒；一种是混合气体自燃而形成的多点同时爆烧，火焰的传播速度可达100-1000米/秒，高温高压，类似于气缸内发生一次次小型爆炸。

后者叫爆燃，现在加油站标注的92、95等汽油牌号代表的就是抗爆性水平，牌号越高，越不容易形成爆震波，汽车发动机就越难发生爆缸事故。

尼科尔斯教授据此首次提出了脉冲爆震推进的概念，并设计了第一台脉冲爆震发动机原理样机。脉冲爆震的概念一经问世，立刻吸引了全世界科学家的目光，苏联、美国和法国组织了大量人力物力，在爆震发动机研究领域频频发力。

这是因为人类常规的发动机技术发展已经走入瓶颈，急需一种新的理念打破惯例，突破现有制约。

人类机械化飞行的核心从一开始到现在都是通过压缩空气产生推进力。为了获得更大的推力，第一次世界大战和第二次世界大战时期，飞机上使用的螺旋桨尺寸是越来越大。但螺旋桨的尺寸与其产生的推力有一个临界值，一旦超过这个临界值，螺旋桨越大反而推力越小，因为尺寸与重量休戚相关，当螺旋桨达到一定的自重，推力都被自身重量给消耗了。

于是喷气发动机出现了，它是通过运动部件压缩空气，并注入燃料，在密闭空间内点燃，产生出强大的燃烧和膨胀效果，然后将燃料和压力引导至涡轮机和喷嘴处喷出，产生推进力。

人类在很长一段时间内对喷气发动机的改进主要集中在两点：一是提高燃烧室的压缩比，获得更高压力；二是利用改变发动机的运动部件，在不同飞行条件下可分别工作于涡喷和涡扇两种模式，其中的涡扇可以理解为就是螺旋桨原理，功能只有一个就是节油。

第一条路很快走到瓶颈，走不动了，第二条路治标不治本，喷气发动机的发展陷入停滞。中国的WS-15“峨眉”喷气发动机能在短时间内拉近与美国发动机的技术差距，一方面是我国科学家的殚精竭虑，另一方面正是因为美国在现有发动机的发展上“顶天”了，难以进展，只能看着身后追赶的人“干瞪眼”。

人类很早就意识到喷气发动机的技术在某种程度上已经到达极限，就像曾经的螺旋桨技术一样，如果想继续提升飞行速度，只能另辟蹊径。

从热力学角度来看，尼科尔斯教授提出的爆震比常见的传统燃烧更有效。因此，从理论上讲，爆震可以用来实现更高的飞行速度，然而爆震的反应条件之高、工况恶劣的程度远超想象。

一方面，是爆震燃烧的复杂性。爆震过程对化学计量、粒子液滴尺寸、混合度等非常敏感，整个系统必须具备快速反应、高质量流率和高度可控性，相关接口、喷射、爆震室的设计非常困难；

另一方面，特种材料的制约。爆震如同在发动机的气缸里不断演绎小型汽油桶爆炸的场景，这要求气缸材料在高温下具有优异的抗断裂韧性和耐热冲击性。

所以在20世纪70-80年代科技进展有限的情况下，爆震发动机的发展一直处于停滞状态。2000年后，随着科技的进步，全球掀起第二轮爆震发动机的研发浪潮，然而很快，又是一片死寂。高温合金材料成为了制约爆震发动机发展的关键要素，没有之一。

目前最先进的常规航空发动机工作温度在1700摄氏度以上，压力高达50多个大气压，相当于3倍蓄满水量的三峡大坝底部压力，然后进行每分钟几万转的高速旋转，叶尖承受的离心力高达40吨的拉力。这几乎是镍基合金的极限。

美国在高温材料上走的是镍基合金的路线。一方面，镍是西方科学家最早发现的能提高金属蠕变性能和耐高温的元素；二是美国的镍资源储量非常丰富。美国通过新工艺定向凝固、粉末冶金及单晶合金等技术的开发，将镍基合金单晶体的耐高温能力从1000度提高到了1700度，满足第五代战机F-22和F-35发动机的需求。

但美国人对爆震发动机进行测试时，用镍基合金制作的爆震发动机持续时间仅能以秒来计，因为燃烧室的温度高达3000 摄氏度左右，核心部件都融化了，根本没办法继续。

美国无奈对外宣布，目前的科技和材料尚无法满足爆震发动机的需求，目前这只是一个概念和理论罢了。美国停止了研发，法国和英国一看“世界第一强国”都放弃了，赶紧也停止了，免得做无用功浪费钱。

实际上，美国是“成也萧何，败也萧何”，两大航空发动机巨头普惠和通用采用的高温材料都是镍基合金，他们固然将这种合金的性能发挥到极致，但也因此进入了死胡同。中国虽然在高温合金上起步晚，直到80年代才开始研发，但我们具备独一无二的先天优势，我们有号称“工业维生素”的稀土。

所以一开始我们就是两条腿走路，一条是“跟随”战术，研发镍基合金，目前中国的特种钢工厂已经获得突破，并获得美国发动机巨头普惠和通用认证，能向这两个巨头提供加工发动机转子的镍基合金材料；

第二条是研发稀土合金。这条研发道路的快速突破是在2023年后，与天宫空间站建成时间有密切关联。因为在地球上，由于重力的存在，不同合金掺和在一起时会快速渗透、混合，无法观察相互间的细微变化，只能依靠最后的结果判断哪一种配方或哪一些参数是最佳选择。这种研发方式需要海量的试验和测试，费时费力还费人，而且投入后还不一定能得到好的结果。

但在空间站的微重力条件下，所有的化学和物理变化都可以变得缓慢，甚至静止，因为科学家能在这种条件下精准调控温度场和成分配比，辅以激光照射悬浮在真空中的合金颗粒，我们就能对微观世界一窥究竟，洞察整个反应过程，清晰观察不同阶段金相和晶体的变化，从而快速定位出最好的参数和配比。

说的简单点，在地球上的试验只能关注结果，通过结果反证，无法关注过程，空间站中的试验能让我们掌握整个过程，精准控制，快速定位最佳条件。

这一次我们老百姓还得感谢美国，如果不是美国的“竭斯底力”，我们可能还不知道到底我国的高温合金发展到哪一步了，可能大家还在扼腕叹息，我国的航空业发展太受制于材料技术啊。

2024年12月26日，我国的第六代战机歼-36首飞，让美国军方大受刺激，开始人定胜天，喊出了“人有多大胆，地有多大产”，要跳过六代机直接研发七代机，并对第七代战机提出了令人瞠目的设想：第七代新型战机飞行速度需达到25-30马赫的飞行速度，具备至少72小时的自持能力，并能实现无缝的全球通讯支持。

这样的定义哪里是战斗机，完全是一架空天战机。要实现这些性能，最关键的挑战在于如何从地面起飞后直接突破第一宇宙速度，进入太空。因为面对“遇强则强”的空气阻力，没有人会在大气层里设计用25-30马赫的速度飞行。

要想实现这种具备科幻色彩的空天战机的动力，其核心技术需基于爆震燃烧的爆震发动机来实现。因此美国对外宣布，将重启被他们判决过”死刑“的爆震发动机研发。

爆震发动机长期在高温下运行，其旋翼叶片不仅要求足够轻，又要足够坚固，同时承受极端温度、无休止的爆炸产生的冲击波和富氧气流，所用材料需要超高效。美国认为这些条件超越了人类现有耐热材料的极限，所以一定要把重点放在突破现有的材料技术上。

面对美国公布的研究方向，我国杀人诛心，先是公布了航天六院北京11所研发的氢氧旋转爆震火箭发动机成功通过了热试验，过了两天又公布重庆科学城成功进行了煤油燃料连续旋转爆震发动机的实验，并表示这两个都是长时间的热试验。

接着我国解密，公布在空间站制备成功多种新型锑、铌合金，其中一种铌合金耐温能力高达2400℃，远超目前主流的镍基合金，后期用特种工艺生成单晶体，耐温能力可达3000度；除此之外，我们还利用钇和镝研制出了一种超级高温防氧化涂料，起步就是能耐3000度的高温。

根据空间站测出的参数，我国在地面上的科学家利用这些参数成功制造出了工业级的铌合金和超级高温材料，实现大规模军用。

以我国一贯的解密作风，“最新的保密，次级的解密”，由此可以肯定我国已经研制出了比铌合金更强的新型合金，而且时间可以大胆地往前推。

以上这些信息表明中国在爆震发动机领域取得了颠覆性的技术突破，标志着我国在全球爆震发动机领域占据了领先地位，意味着按照目前美国人提出的七代机概念，中国已经在解决七代机动力问题的路上迈出了一大步，甚至已经解决了。歼-36身背三台发动机，最中间的那一台极大可能就是爆震发动机。

为什么这么说，后续我们会讲到。

爆震发动机主要分为三类：脉冲爆震发动机（PDE）、旋转爆震发动机（RDE）以及斜爆震发动机（ODE）。无论哪一种，核心在于其独特的燃烧方式——爆震燃烧。这种燃烧方式关键在于“爆”，爆震发动机的爆震室内一秒钟要进行至少上百次的爆炸循环。

在爆震燃烧过程中，燃料混合物在极短时间内经受激波压缩，随后形成爆震波进行快速燃烧，产生高温高压气体和冲击波，以五倍音速的速度在气缸内传播，推动发动机做功或排出产生推力。

爆震发动机的速度和功效远高于传统发动机，缺点是噪音和振动剧烈，波及飞行器的舒适性。这一缺陷如果不能被克服，那么爆震发动机在民用领域的发展必受制约，这是乘客及航线所经地面上的人都忍受不了的。

爆震发动机还有一个缺点，只适合高速飞行，不适合低速。但飞行器不可能一上来就是高速，美国曾采用的试验方式是用B-2轰炸机作为载体，达到一定初速度后再投放样机出去。这种另类的方式被偷拍后，很快变成了美国51区与波音公司向太空发射母机的神秘传闻。

如何在飞行中兼顾高速和低速转换的灵活性？一种方式是把它与传统的涡扇发动机二次结合，低速时使用涡扇发动机，在亚轨道高超音速飞行时使用爆震发动机。这就是为什么说歼-36使用了爆震发动机的原因，不然的话歼-36为什么要设置三台发动机，在中间尾翼上方多设置一个，难道怕带不动吗？要知道比歼-36体型更加庞大的美国“空中堡垒”B-2，俄罗斯“白天鹅”图-154也只有两个发动机。

第二种方式是涡扇组合式爆震发动机，在涡扇发动机的外涵道布置多管爆震或者旋转爆震发动机，大幅度提高推重比，这种方式难度大。