江苏
一桶煤油，点燃它，只能解锁其中四成的能量；而引爆它，则可以快1000倍召唤出五成的能量。难怪发动机都想要爆震燃烧了。
大家好我是火箭叔，今天我们聊斜爆震发动机。它究竟是个什么玩意儿？我们为什么需要它？还有一个很重要的，我们真的像某些报道里讲得一样，已经试验成功16马赫的斜爆震发动机了？
我们日常所见的飞机发动机，大多都是依靠“慢燃”——也就是火花点火后火焰沿着燃烧室缓慢传播，把燃料燃烧释放能量。但这种燃烧速度非常慢，每秒大约只有几米的水平。这在气流速度不那么快的时候还能保持稳定，但在高超声速飞行时，就很难在短暂的气流停留时间内完成燃烧。它此时会表现出燃烧不完全、热效率低下的问题。
于是，我们需要爆震燃烧。 简单来说，爆震燃烧不是“慢火焰”逐步燃烧，而是通过一束几乎“爆炸式”传播的燃烧波来瞬间完成燃烧。这种燃烧速度快得惊人：其火焰传播速度可以达到每秒上千米，是普通火焰的1000倍！它意味着，我们可以在几厘米甚至几毫米的距离内，将燃料的化学能迅速转化为热能和压力能。不仅极大提高了发动机的推重比，还能轻松实现超10马赫的飞行速度与结构紧凑轻量化，彻底变革飞行器的设计与性能。想象一枚导弹，从北京射向纽约，只需要半个小时，防御系统可能还没开机，它就已经到家了。
那爆震燃烧该怎么实现呢？斜爆震就是其中的一个路线，这种发动机是在进气道或者燃烧室中，人为制造出一个倾斜的爆炸波来完成燃烧。这个波很像一把“能量刀”，瞬间点燃燃料与空气的混合气体，释放大量热量，产生高压气体推动飞行器前进。与传统的超燃冲压发动机相比， 斜爆震发动机不仅可以保留超声速的流动状态，不必将其大幅减速，而且燃烧室可以设计得非常短。长度只有传统发动机的1/5，所以需要冷却的面积也大幅减少，热防护压力骤降。于是就为它带来了非常明显的优势——能够在更高马赫数下实现高效燃烧，且发动机体积还很小。实际上，斜爆震发动机是目前几款爆震发动机中间，最适合用于超高速飞行的，其适用马赫数可以超过15，也就是接近两万公里的时速，绕地球一圈，两小时。
另外一些爆震发动机还有脉冲爆震和旋转爆震发动机，我们在这儿简单介绍一下。脉冲爆轰发动机的工作方式是周期性地点火，每一次爆震都像一个小爆炸，然后停顿、重新点火。优点是结构相对简单，理论上可以达到很高的燃烧速度和效率；缺点在于由于是间歇式工作，会引起震动和噪音问题，而且连续工作的稳定性较差，对发动机结构冲击较大。旋转爆震发动机则利用在环形燃烧室内形成一个连续旋转的爆轰波，燃料与空气持续、稳定地燃烧。相比脉冲式，旋转爆轰发动机可以实现连续工作，燃烧更加平稳，结构上也可以做得更紧凑，热效率和推重比都有明显优势。目前已在火箭和导弹推进中取得突破。不过，在燃烧波稳定性、燃料喷射与混合控制等方面，它还是面临着许多有待攻克的技术挑战。
当然，相比起来，斜爆震发动机面临的挑战可能更大，它面前有三大拦路虎：燃料混合难题、热防护地狱和试验条件苛刻。 在超高速气流中如何让燃料和空气均匀混合？目前靠“悬臂斜坡喷注器”强行把燃料“插”进气流，但总压损失较大。而爆炸波附近的温度超3000°C，就需要研发新型的陶瓷材料或主动冷却技术。最后是受限于地面风洞难以模拟马赫15的真实环境，得靠“飞行试验反推设计”。所以这就引出了一个疑问，网上很多人讨论的我国已经成功试验了16马赫的斜爆震发动机，究竟是真是假呢？
来，直接给大家上论文，它发表在去年12月的《实验流体力学》期刊上。
细节就不赘述了，其重点突破是通过采用鼓包强制起爆技术有效克服了航空煤油、空气混合物长点火延迟的难题，在仿真马赫9飞行条件下稳定实现了斜爆轰波的驻定，从而证明了航空煤油驱动斜爆轰发动机的可行性。
这其实已经很厉害了，毕竟相比于传统燃料，比如氢气或乙烯，航空煤油不仅能量密度更高、储存和运输更方便，而且无需复杂的低温保温措施，从而简化了燃料系统设计，降低了工程难度和成本，为斜爆轰发动机的实际应用提供了更实用的选择。也让未来各种超高速飞行器能更快的走进现实，但是非要再添油加醋，就真的过了。人家哪句话说了16马赫呢？这不白纸黑字写着吗——试验模拟了马赫数 9、高度 48 km 的飞行状态。
好了，让我们期待它早日能在咱们最新的JF-22风洞里真正实现16马赫的实验，只是这次，让我们先回到真相里。
我是火箭叔，别停下，去探索！
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