美媒1945中,一篇关于旋转爆震发动机的文章引发了公众的广泛关注。文章中指出,旋转爆震发动机可能是未来战斗机理想的动力来源,其能从零速度迅速启动并实现高超音速的无缝切换,被认为比当前任何一种发动机都要优秀。那么,这种发动机真的如此出色吗?
美媒1945的这篇文章提到,爆震发动机的提出与研发历史已久,但一直未能进入实用阶段。近年来在旋转爆震技术上的突破,使得这种动力系统有望成为下一代战斗机的动力。
爆震发动机与普通发动机有何不同呢?这还要追溯到密歇根大学航空航天工程名誉教授Arthur Nicholls的爆震发动机理论。这种发动机的燃烧过程与常规燃烧不同,是在爆震发动机燃烧室内发生的过程。
燃烧与虽然都是氧化剂与燃料之间的反应,但两者的反应速度却大相径庭。普通燃烧是一个缓慢的过程,而在喷气式发动机的燃烧室内,燃烧速度虽然较快,但仍低于音速。却完全不同,其爆轰波速度超音速,例如燃气的爆轰波速度可轻松超过音速的四倍。
这也导致了等压燃烧和等容燃烧两个完全不同的概念。喷气式或火箭发动机的燃烧室属于等压燃烧,会维持一定的压力。而爆震燃烧则是等容燃烧,即使在开放空间内,爆轰波仍以超音速传递,因此其速度天生就是超音速的。
爆震发动机的燃料混合比也与常规发动机不同。以氧乙炔火焰为例,其混合比在维持爆震发动机工作时,乙炔消耗比例可低至火箭式燃烧浓度的5%,这无疑使爆震发动机更加“省油”。
为何如此优秀的爆震发动机尚未普及?原因在于其推重比虽高,但受“”频率影响,其应用存在一定难度。多管爆震虽能提高频率,但存在死重和高频点火问题。而旋转爆震发动机则采用环形燃烧室,通过爆轰波的环形传播实现螺旋形起爆过程,其频率远高于多管爆震发动机。
对于飞行器的动力系统,全球各国都在积极研究高超音速吸气式发动机。除了火箭以外,主要的研究方向包括超燃冲压发动机、变循环火箭发动机以及旋转爆震发动机。这三种发动机在结构复杂度、零速度启动性能、可以达到的最高速度等方面各有优劣。
其中,旋转爆震发动机的结构相对简单,介于超燃冲压发动机和变循环火箭发动机之间。其零速度启动性能良好,可以达到较高的速度,同时省油性能也十分出色。虽然其推重比和流量在某些方面略逊于变循环火箭发动机,但其结构简单和维护方便仍是其优势。
关于旋转爆震发动机的工作原理和结构,它主要包括可调式的进气道、热交换器、空气压缩涡轮机、预燃涡轮机、氦气压缩机和火箭发动机等部分。其主要工作原理是将吸入的气流冷却、压缩后进入火箭燃烧室作为氧化剂,与燃料混合燃烧提供动力。
这种发动机有点特别,前面看像喷气式发动机,后面看又像火箭发动机。实际上,它结合了两种发动机的特点,既能在低空吸气工作提供强大推力,也能在高空火箭模式下工作提供持续动力。
尽管旋转爆震发动机在结构和性能上具有诸多优势,但目前仍面临一些挑战。例如,其体积较大,难以适应目前战斗机的需求;同时需要使用低温燃料,这对战斗机来说是一个技术挑战。尽管旋转爆震发动机具有巨大潜力,但其真正应用于载人飞行器可能还需要时间。
旋转爆震发动机作为一种新兴的动力系统,具有巨大的潜力和优势。随着技术的不断进步和研究的深入,相信在未来它必将为飞行器动力系统带来性的变革。