中国研制出”革命性”爆轰冲压发动机 已实现对美反超

中国科研团队研制出“革命性”爆轰冲压发动机,标志着在高超声速飞行器领域,已经实现对美国的反超!

来源:兵工科技

中国科学院力学研究所高温气体动力学重点实验室主任姜宗林领导团队,11月29日在《中国航空学报》发表了重要论文,论文中提到了他们研制的“站立式斜爆轰冲压发动机”,这款发动机是对目前高超声速飞行器冲压发动机最大的技术革新,在高超音速风洞试飞中,这款发动机在推力,燃油效率和操作稳定性上都展现了空前的性能。

从全球范围来看,美国曾经在超燃冲压发动机领域占据领先地位,先后发展了多个超燃冲压发动机技术验证项目。我们最熟悉就是X-51A验证机,另外美国还与澳大利亚联合进行了低成本HIFiRE超燃冲压发动机计划。不过这些项目进展均不太顺利,先后遭遇多次失败,显示美国在这个领域遇到了瓶颈。

而中国在超燃冲压发动机研究领域已经迎头赶上,从高超音速推进风洞建成,到世界上首台航空煤油超燃冲压发动机诞生,再到凌云二号临近空间平台超燃发动机的研发,这一步步光辉的脚印证明,中国在超燃冲压发动机领域已经是走在全球前列。

美国X-51高超声速飞行器

在突破冲压发动机技术瓶颈的许多关键领域,中国也已经实现对美国的技术反超。现有的超压发动机的主要技术问题是推力不足且燃烧不稳定。所以尽可能提冲压发动机的燃烧效率,增大发动机的推力水平,便成为研究重点。简单说来,就是经过压缩的高超声速气体在燃烧室中如何能够稳定高效地工作,在这一点上,中国科研团队已经取得重大突破。

特别是王振国院士针对宽范围发动机研发,提出的全新独创的多凹腔方案,极大提高了燃烧稳定性,从而让超燃冲压发动机能够更加可靠、稳定工作。

而姜宗林团队此次提出的“站立式斜爆轰冲压发动机”则是一项更为重要的伟大创新,它利用了高超声速燃烧过程中的“爆轰效应”,爆轰被认为是燃烧过程中的极限形式,通常在毫米级空间和微秒级时间内释放出超过70%的能量。其热效率比传统的等压燃烧模式高出一半,采用“爆轰模式”作为高超声速推进,具有极高的反应效率,可以大幅缩小发动机尺寸,大大提高发动机的推力裕度。 

根据论文描述,这款发动机设计相当简单,没有任何移动部件,主要包含单级进气口,氢燃料喷射器和燃烧室等3部分,而燃烧室的口开向进气口的上端。姜宗林研究团队将发动机放入强大的风洞测试,而它可以模拟达音速9倍的飞行状况。随着高速风冲击进气口,便会产生高温高压的激波,当它们接触燃烧室的氢燃料时,就会制造推进发动机的爆轰波。爆轰波产生的瞬间相当耀眼,比以往冲压发动机的燃烧更加剧烈。根据研究团队提供的影片显示,当发动机启动时,燃烧室的开口就像《星际大战》中的宇宙飞船般发光。

任何技术创新都离不开理论创新,由中国首创的“站立式斜爆轰冲压发动机”,标志着中国在该技术领域已经远远走在世界前列。外界普遍认为,安装这种发动机的飞行器,飞行时速可达5倍音速。现有的其他种类的高超音速发动机,都无法达到这一数值,它们动力不够,工作极不稳定。

理论上,这吸气式发动机的飞行速度可达16倍音速,而且世界上唯一能模拟这类飞行的风洞,恰恰就是由姜宗林研究员研制的超大型高超声速激波风洞JF-12,又被称为“高超巨龙”。是世界上最大的激波风洞,也是国际上第一座可以复现飞行条件的地面空气动力学实验设施。

中国已建成世界上最大的JF-12高超声速激波风洞

因此,中国将会成为世界上最先研制出成熟的超燃冲压发动机和高超声速飞行器的国家。除了未来商用的跨大气层高超声速飞机之外,这项技术还将使中国在高超声速巡航导弹研制领域取得先机,意义非常重大。

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