我國首台1000N連續旋轉爆震航發點火成功,為20馬赫飛行奠定基礎

2023-03-25   彧蔚

原標題:我國首台1000N連續旋轉爆震航發點火成功,為20馬赫飛行奠定基礎

近日,我國自主研製的國內首台1000N連續旋轉爆震發動機,在重慶推重比動力科技實驗室點火成功,並取得試驗數據全部達標的合格成績。

這不僅意味著自去年由重慶大學航空航天學院教師團隊和推重比動力科技公司,聯合研發的「H1-M連續旋轉爆震發動機」成功完成百米軌道滑跑試驗、50N姿控發動機原理樣機,時隔半年後,我國再次傲嬌成績,更意味著我國下下一代戰機核心動力、運載火箭主推力引擎、甚至飛行速度超過20馬赫的極音速飛行器都能儘快面世。

什麼是連續旋轉爆震發動機?

熟悉航空航天的朋友或許都知道,航空發動機從燃燒方式上區分可以分為以渦噴、渦扇發動機為代表的爆燃式等壓燃燒模式,以及以超燃衝壓發動機為代表的爆震式增壓燃燒模式兩種。等壓燃燒模式顧名思義整個燃燒過程中壓力沒有太大變化,壓力主要由壓氣機決定,而壓氣機級數有限、增壓比也有有限,所以渦噴、渦扇這類發動機燃燒室的最大燃燒速度往往只有十幾米到幾十米/秒。

但增壓燃燒的爆震發動機和傳統必須依靠渦輪增壓的等壓燃燒發動機,在結構和原理上有著明顯區別,但和衝壓發動機很是相似,都沒有傳統的渦輪轉子結構,主要依靠空氣以超音速氣流進入燃燒室,自動壓縮燃燒室內的燃料空氣混合物,使得整個燃燒室內氣體壓力大幅增加,繼而產生最大燃燒速度高達幾千米/秒的爆震推力,可以說增壓燃燒的爆震發動機總結了等壓燃燒發動機和衝壓發動機的所有優點,具有結構簡單、熱循環效率高、工作範圍更廣等諸多優點。

現階段爆震發動機按照實現方式略有不同主要分為脈衝爆震、連續旋轉爆震以及斜爆震三種爆震增壓發動機模式。美國主要研究的是技術最為簡單的脈衝爆震發動機,而我國在早前突破脈衝爆震發動機相關技術後,早已開始研究技術更為複雜、結構更為簡單、熱循環效率更高的連續旋轉爆震和斜爆震發動機技術。比如2021年,中科院力學團隊研製成功的站立式斜爆震發動機,試驗速度已經超過5馬赫以上,理論上最大飛行速度能夠達到15馬赫左右。

而在技術最為複雜、但最為高效的連續旋轉爆震發動機領域,其實此次重慶大學團隊試驗成功的1000N連續旋轉爆震發動機並不是國內最早研究該方面技術的團隊,因為早在2022年初,我國清華大學自主研製並成功發射的「清航一號」飛行器,就裝備了我國自主研製的連續旋轉爆震發動機。

連續旋轉爆震發動機未來有什麼應用場景:

傳統的渦噴和渦扇發動機,受限於自身增壓比的限制,其最大飛行速度基本不會超過4馬赫以上,而結構大幅改變的超燃衝壓發動機雖然最大飛行速度能夠超過4馬赫以上,甚至能夠超過5馬赫以上進入高超音速領域,但其仍然存著在必須依靠火箭等動力系統加速到超音速後,以及自身重量大、體積大、燃料消耗速度快等缺點。

而爆震發動機因為不需要輔助的渦輪轉子結構、也沒有超燃衝壓發動機複雜的進氣設計和燃燒室結構設計,其主要依靠超音速氣流進入燃燒室,對已經混合的燃料和空氣混合物增壓燃燒,繼而產生更大自推力的方式實現,所以爆震發動機中也有著相比傳統發動機更簡單的結構、更小的體積、重量、以及更高的燃燒效率下更經濟的省油特點。

而在三種模式中熱效率最高的連續旋轉爆震發動機,最大的技術難點是如何通過圓環結構實現爆轟式增壓燃燒?但也因為其有著諸多優點,所以一旦成功突破連續旋轉爆震發動機相關核心技術,也就意味著後面可以基於該技術基礎上,研製出能夠原地起飛、且僅需要很少燃料就能獲得很高比沖的小質量、大載荷運載火箭,實現原地起飛並送入預定軌道;亦或者得益於其最大燃燒速度能夠達到幾千米/秒的優勢,可以研製出飛行速度達到20馬赫的極音速飛行器、以及為第七代發動機實現一小時內真正全球飛行作戰的基礎和條件。

而我國之所以能夠在技術超前的爆震發動機領域連續取得成功,其實和當前我國電動汽車成功超越日德美法等傳統車企一樣,在傳統按部就班一步一個腳印已經註定超越不了的事實面前,國內科研團隊很早就開始這方面超前技術研究了。所以在理論和論證夠早的前提下,也得益於我國早前成功建成世界多個性能先進的高超音速風洞群,為這些先進理論技術的實踐驗證提供基礎條件有直接關聯。