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美国已彻底落后,中国研发斜爆震发动机,16马赫1小时打击全球

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香港《南华早报》的报道,中国科学家们研究出了一款飞行速度有望达到16马赫的斜爆震航空发动机,而且这款发动机打破了世界难题,使用的还是标准的航空煤油。与传统超燃冲压发动机相比,其燃烧速率快1000倍,燃烧室长度缩短85%,且在6至16马赫的速度区间内均可稳定运行。

想象一下,一个能够以每小时2万公里速度飞行的飞行器,从上海出发,仅需半小时就能抵达洛杉矶。这样的速度,已经远远超出了我们目前对于飞行的想象。

斜爆震是什么

在自然界有两种燃烧波: 一种是爆燃波,另一种是爆震波。爆燃波通常以相 对低的速度向未燃混合物传播,对大多数碳氢燃料与空气的混合物的火焰传播速度约为每秒几米 至十几米。而爆震波产生于前导激波压缩自点火,能够以高超音速在可燃气体中自持传播,是一种高速、高效的燃烧形式,由于爆震波传播速度极快,其后的燃烧过程可视为等容燃烧过程,这使它对推进系统有很大的吸引力。

而驻定斜爆震发动机是指通过引入斜激波进气道或者中心锥体以形成斜爆震波并稳定下来,这就是斜爆震发动机(ODE)。

总结来说,斜爆震燃烧具有燃烧效率高、比冲高、总压损失低和燃烧室结构更短等优点,是未来空天飞行器动力系统的理想燃烧模式。

斜爆震发动机技术全球目前仅中国掌握

但是因为爆震存在冲击力大,噪音较大等多重问题。 另外爆震发动机工作过程具有周期性,非稳态性质,不能采用传统发动机那样的常规分析方法,而斜爆震则又面临着不能起爆的问题,这就需要非常先进的风洞才可以攻克这一系列的难题。这也是为什么美欧一直在爆震发动机上止步不前的原因。

因为没有先进的风洞技术,欧美迄今为止,连斜爆震起爆机理都没有搞明白,而稳定的斜爆震波驻定和起爆是斜爆震应用的核心技术,而飞行条件下马赫数变化所导致的起爆结构的变化规律,则对发动机量产具有至关重要的意义。

早在2020年的时候,中国科学家团队就通过JF12风洞成功开展了马赫数为9的、以氢气为燃料的斜爆震发动机实验,实现了氢气与高速来流空气在进气道内的预混,避免了提前燃烧的发生,并在燃烧室内实现了两种驻定的爆震燃烧模态——强爆震燃烧模态和斜爆震燃烧模态,国际上首次通过实验验证了斜爆轰发动机技术的可行性。

此次中国的斜爆震采用标准航空煤油,传统的爆震发动机多依赖液氢、甲烷等特殊燃料,这些燃料需要专门的储存、运输和加注设备。而标准航空煤油与现有航空燃料体系兼容,无需对地面或空中加油设施进行大规模改造,可直接使用现有的燃料供应系统,大大简化了燃料系统的复杂性。

除此之外,液氢等传统燃料生产成本高,价格昂贵,而标准航空煤油的成本相对较低。例如,液氢单价一般在人民币 2.1 万元到 3.5 万元 / 吨,RP-3 航空煤油通常在 7000 到 9000 元 / 吨。采用标准航空煤油可大幅降低燃料采购成本,对于大规模应用斜爆震发动机具有重要意义。

不过,航空煤油的爆震特性,如点火延迟、能量密度等比氢气更难控制。成功使用标准航空煤油意味着在燃料混合、激波稳定性和燃烧室设计等关键技术上取得了重大突破。

斜爆震发动机可以使用在新一代的高超音速导弹,无人机甚至轰炸机具有超长范围和低运营成本,这必然是可以实现战斗格局的改变。除此之外,未来斜爆震发动机也可以运用在我们的第六代战斗机上。

你想想,搭载斜爆震发动机的高超音速导弹,速度可达 16 马赫,16马赫(每秒5.5公里)的飞行速度,使洲际打击时间缩短至传统弹道导弹的1/4。从中国本土发射的导弹,15分钟可覆盖亚太全境,30分钟抵达美国纽约,敌方预警时间仅剩20秒,现有拦截系统(如“萨德”“标准-3”)完全失效12。而且发动机的红外信号降低90%,美国SBIRS预警卫星的探测窗口被压缩至极限,进一步削弱了防御方的反应能力

中国为什么可以实现领先

中国在90年代初就已经开始在爆震发动机上发力,1994 年,西北工业大学脉冲爆震发动机课题组在国家自然基金资助下率先开展了国内对脉冲爆震发动机概念跟踪研究。21 世纪初,南京航空航天大学、空军工程大学、南京理工大学、清华大学、北京大学、国防科技大学、北京航空航天大学等十几家研究机构也先后开展了脉冲爆震发动机相关技术研究,并取得了一定进展。

比如国防科学技术大学林志勇等 开展了国内首次连续式预混超声速气流斜爆震试验,采用高速纹影研究了高静温预混超声速气流中激波诱导燃烧和 脱体爆震起爆及发展的动态过程,系统探究了不同斜劈角度、当量比条件下斜爆震波起爆过程及驻定特性,分析了斜爆震波熄灭与再起爆过程及物理机制。


截至目前为止,中国在五代发动机的进度上已经远超美国,中国不仅掌握了超燃发动机和爆震发动机, 变循环发动机的研制工作也已经结束,这也就意味着中国六代战机可以选用的发动机会非常丰富,而美国目前仍在专注于变循环发动机。而且,美军当前变循环发动机也遭遇了困境。

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