中国多型动力组合发动机系列之一TBCC（上）
作者：橘子洲头（2025年1月30日）
前言
2024年12月26日，成飞和沈飞，几乎同时出现六代新机照片，大家都高兴，对于新机使用的发动机更加感兴趣。我对中国多型动力组合发动机，进行了梳理。本系列文章只做个人推测叙说，不做验证，读者自行判断。如果军迷朋友有兴趣，可留言探讨。
成六新机设计大约在2014年启动，早在2021年就出现了验证机，同期网络照片流出，不过，大家对这种怪异的发动机布局，基本都不认同，几乎无人问津。
2024年，有网络信息讨论，成飞新机是三台发动机布局，大部分人也是半信半疑。比如当时讨论最多是：三发动机布局歼轰 26 的讨论与设想，着实让众人眼前一亮。要知道，在人类航空飞行器发展的漫漫长河中，三发动机的设计是较为罕见的。一直到2024年12月26日，毛主席诞辰日，特许发布成六飞行照片，这才轰动全球。
沈六新机在另外的乘波体文章里讨论，这里只稍微提一下。
成六新机是三台发动机，其动力系统推测如下：
1、腹部双涡扇发动机+背负式涡轮或涡扇基组合循环动力(TBCC)。这是目前呼声最高的组合发动机，也是符合六代机标志性指标：跨域飞行能力，没有这个指标，基本还只能算5.5代吧。
2、涡扇发动机（循环）+变循环涡扇发动机。涡扇10变循环发动机，开局很早，大约在2012年就开始了，最开始是海军项目，但一直没有新机出现，可能是作为技术储备吧。涡扇15变循环发动机，在2021年才开始整机点火实验，因此新机目前采用可能性不大，但是不排除以后的装机可能。
3、三台改进型涡扇15，推比12，最大加力推力22吨左右(通过公开的论文推测，大家可以自行验证）。这是目前最有可能选择的发动机组合，虽然大家可能有异议，却符合目前的成六新机发动机组合技术路线。
4、多型动力组合发动机。也有人在坚持这种组合发动机的可能，不过市场不大。
成六新机三台发动机 图源：“美言网之家”微信群
沈六新机乘波体布局 图源：“美言网之家”微信群
因此对我国多型动力组合发动机，进行梳理，就有助于理解战斗机总体发展方向，是向着飞得更高、飞得更快、飞得更远的总目标推进。
传统的火箭发动机，存在一个致命缺点，那就是比冲太低，一般只有250-500秒左右。
传统喷气式航空发动机的等效比冲，则高达几千秒以上。这意味着，产生同等推力，火箭发动机消耗的燃料，将是传统喷气式发动机的10倍，甚至20倍以上。这个固有缺点，也是火箭发动机不能成为战斗机发动机的根本原因。
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然而要实现六代机的跨域不同密度大气层飞行(跨域飞行)，其中必不可少的，就是发动机要能够在空气稀薄的环境中运行。
目前研究人员找到的解决办法，就是动力系统采用，在传统火箭发动机，传统喷气式航空发动机，冲压发动机等的基础上，加上吸气装置和预冷装置等，即组合动力系统。
根据美国已经公开的消息来看，美国的第六代战斗机采用的是，美国标准第六代航空发动机，即自适应变循环发动机，据称新型发动机推力，将比现有发动机增加10%，节油25%，将可用于美军新型制空战斗机，本来已经下马，最近受成六等的刺激，又决定重新上马。
然而从中国涡扇15及延续的变循环发动机，程荣辉总师的论文介绍来看（江和甫是核心机总师），我国研制的第五代航空发动机，基本上也可以延伸自适应变循环发动机。显然，我国正在研制的第五代战斗机，也是有可能采用自适应变循环发动机。而采用这种发动机的战斗机，显然是无法实现跨域飞行作战的。
正常情况，一代战斗机，匹配一代发动机，一代空空导弹等来看，第六代战斗机，应该匹配六代的发动机。
2017年北京航展上官宣，新一代发动机概念图。从技术指标来看，发动机“飞行速度马赫数为3或4的飞机飞行高度为30,000米”，已经远远超过了现有的五代机飞行计划，而且还有两种工作状态。
所以这个引擎应该是为第六代战斗机设计的。据当时中航工业披露技术细节：时速超过3马赫！
比起涡扇15或五代航发，更加令人期待的是，这种是具有划时代意义的新概念发动机。涡扇15和五代航发，这类传统喷气式航空发动机再厉害，飞行包线也非常有限，最高飞行速度难以超过3马赫，最高飞行高度难以超过30000米。
可以肯定的是，第六代引擎将会超越第五代引擎。要让六代飞机达到更高的巡航马赫数，现有的第五代发动机，肯定不能满足动力系统的要求，因此需要一种自适应变循环发动机或组合发动机，即第六代飞机必须采用的技术之一。
中国发动机研制，一贯是生产一代、研制一代、预研一代、探索一代。中国发动机研制的技术目标时间表已经排到了2030年。
目前中国在多型动力组合发动机技术方面，取得了显著进展，这使得中国在该技术上处于世界领先地位。
一、多型动力组合发动机简析
目前的高超声速飞行器，在全球范围内的高速低成本运输、可重复空天往返运输、超远距离目标打击、高精度地面监测通信等，都有极其重要的作用，其动力装置是关键系统, 但现有动力系统，各有优劣, 很难直接满足多工况、大速域，跨域的飞行要求。
TBCC发动机即涡轮基组合循环发动机，是一种结合了涡轮喷气发动机和冲压发动机的先进动力装置。
某型TBCC发动机在研制验证中 图源：“美言网之家”微信群
那么，多型动力组合发动机系统，就成为主要发展路径。动力系统作为动力来源，是飞行器的重要组成部分，高性能的飞行器，必须匹配高性能的动力系统。
现有成熟的动力系统包括涡轮/涡扇发动机、火箭发动机、冲压发动机，在工况和性能上都存在局限性，不能满足多工况、大速域的需求。
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组合发动机具备多种基础发动机的优点，目前大概有如下几种：
1、涡轮冲压组合发动机（TBCC）；
2、火箭冲压组合发动机（RBCC）；
3、空气涡轮火箭/冲压发动机（ATR）;
4、预冷型组合循环发动机 ;
5、协同吸气式发动机（SABRE）；
这是一种创新性的航天推进技术，它结合了液体火箭发动机与冲压喷气发动机的特点，旨在实现从地面到轨道的连续推进。SABRE发动机在低空时利用大气中的氧气作为氧化剂，通过预冷器冷却进入的空气，提高空气密度后送入燃烧室与燃料混合燃烧。当飞行器速度超过3马赫时，发动机切换到冲压模式，进一步提升飞行速度。在高空时，发动机关闭进气道，转变为传统的液体火箭发动机模式，使用机载液氧和液氢作为推进剂。
6、涡轮辅助火箭增强冲压发动机（TRRE）等等。
又叫三组合发动机，是将涡轮火箭以及冲压发动机，整合在一起的一种高度集成的发动机，差不多就是TBCC和RBCC的组合体，消除了两者的缺点，整合了两者的优点，可以算是一种比较完美的发动机类型。
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在20~100 km的临近空间内，TBCC具有飞行包线宽、可重复使用、安全性高、单位推力大等优点，最有希望成为高超声速飞行器、二级入轨航天器动力装置，是组合动力研究的发展重点。
2010年，美国NASA公布了2035年前，吸气式推进技术的发展路线，其中TBCC相关技术位于高优先级行列，包括流道控制、进气道技术、涡轮/超燃模态转换技术、高马赫数(Ma)涡轮技术等。
截至目前公开的TBCC技术中，还未发展到成熟的工程应用阶段，飞发一体化、模态转换、部件/整机级试验等关键技术，一直是TBCC从理论迈向应用，需要突破的难点。
目前绝大多数航空发动机，都以飞行器的独立起降作为设计目标。可针对非独立起降的飞行器设计动力系统，降低设计难度，追求性能突破。
本文主要对中国组合发动机系列，涡轮基组合循环发动机（TBCC），基本原理、发展情况及典型方案进行探讨, 分类总结和分析了TBCC的关键技术, 并对TBCC等组合发动机的发展路线作出展望。同时主要针对成飞六代机，进行一些关键点的推算叙说。
二、中国TBCC发动机简述
中国自20世纪80年代，才开始研究组合式动力发动机，起步略晚。
几十年来，国内高校和企业，围绕涡轮基冲压组合发动机TBCC，进排气系统设计、模态转换研究、推进系统性能建模等技术，进行了大量研究，打下了坚实的理论基础。
九十年代606所对串联式布局的TBCC发动机，进行了基准方案的研究，讨论了其一体化性能、大致构造尺寸和主要部件的工作过程。
同时超声速燃烧研究，可以追溯到1987-1992年，通过863计划“天地往返运输系统”论证中对空天飞机的研究，上世纪90年代，在921工程和863计划的推动下，国内多家单位开始了冲压发动机预研。
大约2006-2010年，十一五期间，国内开始针对并联式TBCC部件，进行较为详细的研究，根据现有的发动机的技术，初步确定采用over/under的布局方案，其中低速动力为涡轮发动机，马赫2.5以上采用亚燃冲压发动机。
over/under布局方案（类似并行结构），是指将TBCC发动机的各个关键部件（如涡轮、燃烧室、压气机、尾喷管等）在空间上进行上下分层布置。上层主要布置高压部件，如高压压气机、高压涡轮等；下层则主要布置低压部件，如低压压气机、低压涡轮等。
这种布局方案的核心优势在于能够有效缩短发动机轴向长度，减轻重量，同时便于维护和检修。在性能方面，该发动机的热效率和推重比均得到了显著提升，初步满足了高超声速飞行的需求。
2011年，验收定型的JF-12爆轰激波风洞，技术水平达到世界领先水平。喷管直径达2.5米，实验时间100ms，可对飞行速度最大9马赫的飞行器，进行气流动力学研究。
2011年6月，就进行了第一次高超音速飞行器试验，并获得成功。从奖章上的图案可以看出，当时试验平台是“轴对称的径向布局”，采用环形进气道，后面带有固体助推火箭。
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双燃烧室超燃冲压发动机，分别进行亚音速和超音速气流燃烧，可以在3~6Ma（马赫）使用。我国于2012年，完成了轴对称双燃烧室超燃冲压发动机实验。
这是网络有名的图片，航天三院的超燃冲压发动机演示验证飞行器，于2011年6月首飞成功，其进气道和超燃冲压发动机就是采用左右轴对称布局 图源：“美言网之家”微信群
2012年6月，中国湖北官方媒体主动披露证实，我国正在研发“神龙”系统，可能是空天轰炸机，也就是类似美国X-37B的太空飞机。
2013年，关于611参与863神龙计划曝光，透漏国内组合发动机类似的项目最少就有三个，当时组合发动机主要有三种技术路线：
航天科工负责TRRE（涡轮+火箭+超燃冲压）动力研发；
航天科技负责RBCC（火箭+超燃冲压）动力研发；
中航工业、中国航发负责TBCC（涡轮+超燃冲压）动力研发。
如果成六新机设计在2014年启动，一开始就采用TBCC动力，也不是没有可能。
这是2013年12月份的论文，匹配的速度也就2-4马赫 图源：“美言网之家”微信群
2015年第三届“冯如奖”评审通知，报到王振国（湖南省航空学会），国防科学技术大学研究生院院长，高超声速推进技术领域专家，曾获科技部“十一五”国家科技计划执行突出贡献奖。在超燃冲压发动机及其地面试验、飞行试验技术等方面进行了开拓性研究，实现了技术水平的跨越。
依此，2021年，成六新机出现验证机，从时间点和TBCC发动机来看，也是符合现实情况的。也有人有不同意见，认为不符合东大一贯稳妥的作风，新机应该采用成熟的发动机。
2019年10月国庆节，首次见到了东风-100超音速巡航导弹照片。该型导弹3-4马赫大气层巡航速度，从下到上，依次由四片可折叠尾翼、固体火箭发动机、亚燃冲压发动机、头部进气口和整流罩组成，表明我国亚燃冲压发动机和机体材料等已经突破。
2020年8月27日，官媒长沙军民融合公共服务平台，发表了一篇名为《长剑100超音速巡航导弹有多牛？多项黑科技的结晶，最黑的是双模态动力》的文章，算是长剑100的官宣内容。
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2020年6月，央视报道说，在北京进行的一次地面试验中，力学研究所的范学军博士及其同事将极快的超热空气注入了发动机，并使燃烧持续了600秒。超燃冲压发动机能够以最大助推力运行至少10分钟，这是世界上最长的时间。
2020年9月，我国超燃冲压组合动力发动机首飞成功。中国高超音速巡航导弹发动机测试成功, 速度可达7马赫！
中国航天西安航天动力研究所，抑制不住兴奋的心情发出喜报，这个消息震撼了全世界的航空航天界。一般认为这种先进技术主要体现在：串联式“涡喷（前）+ 超燃冲压（后）”组合发动机（实际上是三级发动机），获得重大突破。
