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以20,000公里/小时的速度,这种“斜向爆燃”航空发动机能让飞机在2分钟内穿越大西洋。

以20,000公里/小时的速度,这种“斜向爆燃”航空发动机能让飞机在2分钟内穿越大西洋。

爆震发动机(斜向或旋转式)的概念并非完全新颖。在冷战期间,美国及其他强国也曾提出类似理念,旨在让飞机和导弹达到超音速飞行,但由于技术复杂性过高而最终被放弃。

中国科学院的研究人员报告了在超音速推进技术方面的进展,他们将数十年前的理论概念加以应用,并在模拟飞行条件下进行了测试。这些概念在中国再度被重视,既体现了材料科学和计算机建模技术的进步,也反映出全球对能够突破传统超燃冲压发动机或火箭级限制的超音速推进技术的重新关注。

中国航空发动机斜爆震发动机 飞机2

挑战物理定律

这项研究是在北京的JF‑12冲击风洞中进行的,该设施能够模拟40公里以上的高空飞行条件,从而无需离开地面即可实现超音速飞行。所使用的技术为斜爆震发动机(ODE),它依靠标准的航空煤油(RP‑3)来尝试达到接近16马赫的速度,即约19,600公里/小时。

在测试过程中,这些团队成功生成并维持了所谓的斜向爆震波——一种能够自我稳定的冲击波结构,它能在极短的时间内完成空气与燃料混合物的燃烧,据称其燃烧速度是传统超燃冲压发动机的1,000倍。

实际上,这样的理论性能意味着飞机能够达到如此高的速度,如果能在实际飞行中保持的话,将彻底改变航程时间。例如,用传统推进器至今仍无法在两分钟内跨越大西洋。

不过,宣布这一成果的负责人以及推进系统专家指出,这些数据仍然仅来自风洞测试环境,并非实际运行中的飞行器所表现出的性能。

什么是斜爆发动机以及其工作原理

斜爆发动机基于与传统喷气发动机不同的原理。不同于涡轮喷气发动机或超燃冲压发动机,后者在燃烧前需要多级压缩和空气混合,斜爆发动机则利用斜向冲击波直接在燃烧室内引发空气与燃料的爆炸反应。

中国科学家经过验证的设计要点之一,是在燃烧室内战略性地放置一个仅有5毫米大小的元件,以此引发这种自持的爆炸反应,在相关报告中这类现象被称为“爆震钻石”。该设计简化了发动机的结构,提升了热力学效率,同时还有可能减轻整个系统的重量。

坏消息是:这里没有电力供应。使用RP-3煤油——一种在民用和军用航空中常见的燃料——存在双重影响:一方面,如果该系统被证明可行,它将有助于物流和生产;另一方面,则会使相关技术远离那些依赖特殊或高度专业燃料的系统。

中国航空发动机倾斜爆炸 飞机3

从实验室测试到实际应用

航空航天与国防领域的专家指出,这些成果距离真正应用于可投入使用的超音速飞机或导弹还有很长的路要走。风洞试验对于验证相关概念至关重要,但要在实际飞行中让发动机在稳定状态下重现这些试验条件,还需克服诸多技术难题:比如热管理、结构完整性、变高度下的气流控制,以及让推进系统适应真实的飞行环境等。

此外,尽管某种发动机在模拟环境或受控条件下能展现出惊人的性能,但将其应用于飞行原型机时仍会面临诸多不确定性。许多先前的高超音速实验系统在测试台上都展现了良好的潜力,然而一旦遇到振动、热稳定性问题,或是与飞行引导与控制系统整合方面的难题,它们的发展就会陷入停滞。

这类进展通常还具有很强的军事色彩。超音速飞行速度不仅能够提升民用运输效率,还会改变武器系统与战略防御的格局。一种能够以16马赫速度飞行的系统将极大复杂化现有的拦截方案,同时能让攻击载体和侦察平台具备前所未有的射程与速度优势。