什么是旋转爆震发动机?

有人说这相当于把一个汽车引擎换成了连续引爆的炸弹,速度和效率自然不可同日而语。

所谓旋转爆震发动机,其精髓就在于两点,一个是“旋转”,一个是“爆震”。



其实,爆震发动机的概念并不难理解,小学二年级就能听懂。

目前,人类所有的航空发动机以及火箭发动机,都是采用缓燃的燃烧方式。

所谓缓燃,就是像篝火一样温和的燃烧。



燃烧波对外的扩散速度通常只有每秒几厘米到几十米,压力变化不大,燃烧释放的热量主要转化为体积膨胀做功,属于等压燃烧。

另一种是爆震,就像炸药爆炸一样。

燃烧以激波的方式进行超音速传播,可以瞬间释放大量能量,产生瞬时高压脉冲。

爆震属于等容燃烧,燃烧释放的热量会导致温度和压力急剧升高,但容积保持不变。



等容燃烧的热效率可以达到50%以上,而等压燃烧的热效率在30%~40%,更高的效率就意味着可以节省更多燃料。

然而,与缓燃相比,爆震燃烧触发难度高, 脾气暴躁,不太可控,人们对其机理的掌握和认知还不太充分。

研究者们尝试了多种基于爆震的推进方式,比如有一种简单的,脉冲爆震发动机。



它有一根长长的管子,一端带有进气阀和火花塞,进气阀喷射混合气体,点燃后,引发亚音速爆燃并在燃烧室内延烧。

随着压力和温度的迅速升高、燃气前缘不断加速并最终引发爆震,从而产生推力。

通过调整点火时间,可使它的工作频率达到10~100hz。

虽然脉冲发动机结构简单,省去了大量活动部件,但它仍有不少技术难点。



比如爆震波瞬时的高温和高压对燃烧室壁面冲击大,容易导致疲劳裂纹。

每次循环时,都需要将燃料重新混合,而且混合比例非常敏感,如果比例不正确只会引起缓燃,导致其推力的不稳定。

最关键的是,脉冲爆震发动机的推力是不连续的,那该怎么解决呢?

有朋友可能会注意到,脉冲爆震发动机在工作的时候,特别像冒蓝火的加特林。

而加特林机枪之所以能实现高速连发,就在于多管旋转设计。

所以,我们可以设计多个燃料喷口,将它们安置在一个环形燃烧室中,这就是旋转爆震发动机。



当然了,和加特林不同,那些位于环形基座上的喷口可不会像加特林枪管那样旋转,旋转的是爆震波。

在第一次点火起爆后,爆震波会沿着柱体的环形表面向外扩散。

此后,其余喷口会依次喷出混合燃料,它们会在前一次爆震的高温高压下继续产生爆震,从而形成可以自我持续的旋转爆震波。



这种巧妙的设计,使旋转爆震发动机只需要点火一次,便可形成自主循环。

据悉,这些爆震波的传播速度高达3-6马赫,在千分之一秒内就可以绕着环形燃烧室旋转一圈,其工作频率高达1-10千赫兹。

如果旋转爆震发动机的各项技术成熟并成功应用,其搭载的飞行器将具有更高的热效率。



以氢气作为燃料为例,燃气轮机的热效率为36.9%,而旋转爆震发动机的热效率则高达59.3%。

当它与超然冲压技术相结合后,其飞行速度可达到5~15马赫,而且还可以降低燃料消耗。

从纽约到上海,只需要2小时,颠覆现有航空业。



如果将其应用在太空推进上,会有更高的比冲,达到400~500秒,到时候,火箭就可以少装载一些燃料,从而搭载更多物资和人员。

目前,旋转爆震发动机的研究主要集中在中美两国。

日本、俄罗斯和欧洲也开展了相关探索,但技术成熟度和应用深度存在显著差异。

2023年,NASA就通过3D打印技术造出了全尺寸旋转爆震发动机,并完成了长达251秒的连续测试,产生了2630公斤的推力。



2024年年底,由北京航天动力研究所研制的氢氧旋转爆震火箭发动机,完成了长时热试验,突破了氢氧旋转爆震燃烧室的热防护技术。

所谓氢氧旋转爆震火箭发动机,就是一种以液氢和液氧为燃料的发动机,是运载火箭最重要的组成部分。



而就在氢氧旋转爆震发动机官宣的当天,中国试飞了两款六代机。

虽然官媒并没有透露多少信息,但从网上的视频来看,成飞的六代机是有三台发动机的,这上面是否搭载了爆震发动机,我们不得而知。



我国研究新型武器的路线是:生产一代、试制一代、预研一代、探索一代。

究竟是哪款战机能搭载爆震发动机,那就看广大烟民的努力了!

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