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根据中国《流体力学实验杂志》的论文发现,中国专家已经成功研发使用普通航空燃料的高超音速爆震发动机,能让飞行器的速度达到9马赫,该发动机已经在北京JF-12高超音速激波隧道中进行了好几次斜爆震发动机地面试验,并且全部取得成功!
高超音速爆震发动机是什么燃烧是推进系统中十分重要的过程。它通过化学反应将燃料的化学能转变为工质的热能,再转变为动能,产生推力。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。它主要受层流或湍流的质量与热量扩散控制。爆燃波使流体比容增加,压力略有下降,可近似认为是等压过程。目前所有燃气轮机的燃烧过程均按等压过程处理。而爆震波则以每秒几千米速度向未燃混合物传播。爆震波本质上是激波后跟一个燃烧波。爆震波能产生极高的燃气压力(大于15至55个大气压),燃气温度(大于K),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。
脉冲爆震发动机PDE(PulseDetonationEngine)就是一种利用脉冲式爆震波产生推力的新概念发动机。美国NASA把脉冲爆震发动机列为3大全新的先进航空概念REVCON(RevolutionaryConcepts)之一。爆震发动机主要分为连续旋转爆震发动机、驻定爆震发动机、斜爆震发动机这三种发动机。按照动力来主要分为火箭式、吸气式、组合循环以及混合循环4种方式。
中国在爆震发动机上的技术积累但是爆震冲击力大,噪音较大,电源问题等。由于脉冲爆震发动机工作过程具有周期性,非稳态性质,不能采用如同稳态发动机那样的常规分析方法,这就需要非常先进的风洞才可以实现脉冲爆震发动机的研制,没有先进的风洞,就只能获得基于诸多简化假设条件,忽略了发动机内部分真实物理过程例如,燃料喷注掺混过程、非预混条件下爆震燃烧、复杂几何流道内波系相互影响等),难以获得准确的性能评估结果。这也是为什么美欧一直在爆震发动机上止步不前的原因。
中国在90年代初就已经开始在爆震发动机上发力,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。
除此之外,其他国家试验中的型号基本是都采用氢气作为燃料,以追求更高的燃料比,氢气相对而言更容易点燃,技术难度比较低。但是面临的价格高昂、容易爆炸的风险。而中国科学院研究团队更厉害的一点是:在爆震发动中使用了与航空煤油相当的RP-3燃料。发展了符合工程实际的以液态煤油/氧气为燃料的脉冲爆震发动机。然而,在以汽油/空气为燃料的原理性试验中,进行了包括爆震基础理论、燃料的喷射与混合、起爆技术等大量基础性研究,从而认识、分析和总结了脉冲爆震发动机的关键技术问题,奠定了脉冲爆震发动机研发的技术基础。
根据西北工业大学团队的介绍,脉冲爆震发动机将会用作战略飞机、无人机、导弹的动力装置,也会用作轨道转移发动机、行星着陆发动机以及航天器姿态控制、卫星机动的动力装置等。
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