我国首台1000N连续旋转爆震航发点火成功,为20马赫飞行奠定基础

2023-03-25   彧蔚

原标题:我国首台1000N连续旋转爆震航发点火成功,为20马赫飞行奠定基础

近日,我国自主研制的国内首台1000N连续旋转爆震发动机,在重庆推重比动力科技实验室点火成功,并取得试验数据全部达标的合格成绩。

这不仅意味着自去年由重庆大学航空航天学院教师团队和推重比动力科技公司,联合研发的“H1-M连续旋转爆震发动机”成功完成百米轨道滑跑试验、50N姿控发动机原理样机,时隔半年后,我国再次傲娇成绩,更意味着我国下下一代战机核心动力、运载火箭主推力引擎、甚至飞行速度超过20马赫的极音速飞行器都能尽快面世。

什么是连续旋转爆震发动机?

熟悉航空航天的朋友或许都知道,航空发动机从燃烧方式上区分可以分为以涡喷、涡扇发动机为代表的爆燃式等压燃烧模式,以及以超燃冲压发动机为代表的爆震式增压燃烧模式两种。等压燃烧模式顾名思义整个燃烧过程中压力没有太大变化,压力主要由压气机决定,而压气机级数有限、增压比也有有限,所以涡喷、涡扇这类发动机燃烧室的最大燃烧速度往往只有十几米到几十米/秒。

但增压燃烧的爆震发动机和传统必须依靠涡轮增压的等压燃烧发动机,在结构和原理上有着明显区别,但和冲压发动机很是相似,都没有传统的涡轮转子结构,主要依靠空气以超音速气流进入燃烧室,自动压缩燃烧室内的燃料空气混合物,使得整个燃烧室内气体压力大幅增加,继而产生最大燃烧速度高达几千米/秒的爆震推力,可以说增压燃烧的爆震发动机总结了等压燃烧发动机和冲压发动机的所有优点,具有结构简单、热循环效率高、工作范围更广等诸多优点。

现阶段爆震发动机按照实现方式略有不同主要分为脉冲爆震、连续旋转爆震以及斜爆震三种爆震增压发动机模式。美国主要研究的是技术最为简单的脉冲爆震发动机,而我国在早前突破脉冲爆震发动机相关技术后,早已开始研究技术更为复杂、结构更为简单、热循环效率更高的连续旋转爆震和斜爆震发动机技术。比如2021年,中科院力学团队研制成功的站立式斜爆震发动机,试验速度已经超过5马赫以上,理论上最大飞行速度能够达到15马赫左右。

而在技术最为复杂、但最为高效的连续旋转爆震发动机领域,其实此次重庆大学团队试验成功的1000N连续旋转爆震发动机并不是国内最早研究该方面技术的团队,因为早在2022年初,我国清华大学自主研制并成功发射的“清航一号”飞行器,就装备了我国自主研制的连续旋转爆震发动机。

连续旋转爆震发动机未来有什么应用场景:

传统的涡喷和涡扇发动机,受限于自身增压比的限制,其最大飞行速度基本不会超过4马赫以上,而结构大幅改变的超燃冲压发动机虽然最大飞行速度能够超过4马赫以上,甚至能够超过5马赫以上进入高超音速领域,但其仍然存着在必须依靠火箭等动力系统加速到超音速后,以及自身重量大、体积大、燃料消耗速度快等缺点。

而爆震发动机因为不需要辅助的涡轮转子结构、也没有超燃冲压发动机复杂的进气设计和燃烧室结构设计,其主要依靠超音速气流进入燃烧室,对已经混合的燃料和空气混合物增压燃烧,继而产生更大自推力的方式实现,所以爆震发动机中也有着相比传统发动机更简单的结构、更小的体积、重量、以及更高的燃烧效率下更经济的省油特点。

而在三种模式中热效率最高的连续旋转爆震发动机,最大的技术难点是如何通过圆环结构实现爆轰式增压燃烧?但也因为其有着诸多优点,所以一旦成功突破连续旋转爆震发动机相关核心技术,也就意味着后面可以基于该技术基础上,研制出能够原地起飞、且仅需要很少燃料就能获得很高比冲的小质量、大载荷运载火箭,实现原地起飞并送入预定轨道;亦或者得益于其最大燃烧速度能够达到几千米/秒的优势,可以研制出飞行速度达到20马赫的极音速飞行器、以及为第七代发动机实现一小时内真正全球飞行作战的基础和条件。

而我国之所以能够在技术超前的爆震发动机领域连续取得成功,其实和当前我国电动汽车成功超越日德美法等传统车企一样,在传统按部就班一步一个脚印已经注定超越不了的事实面前,国内科研团队很早就开始这方面超前技术研究了。所以在理论和论证够早的前提下,也得益于我国早前成功建成世界多个性能先进的高超音速风洞群,为这些先进理论技术的实践验证提供基础条件有直接关联。