爆震发动机研究取得新突破

2024-12-13

据美国《大众机械》月刊网站12月10日报道，如果人类想要获得更快的速度，就需要更好(也必然更加复杂)的发动机。近期，工程师研究出将爆炸产生的混沌力应用在发动机中的方法，其推进速度远超传统化学燃烧产生的推进速度。这就是爆震发动机。

美国金星航空航天公司的爆震发动机测试

爆震发动机有多种类型，包括脉冲爆震发动机、斜爆震发动机和旋转爆震发动机，在实现这种危险而强大的推进方式方面各有特点。

最近，旋转爆震发动机的潜力已经开始显现。事实上，今年早些时候，总部位于美国休斯敦的金星航空航天公司对自己的旋转爆震发动机进行了持续时间最长的测试之一。这种发动机的工作原理是，燃料和氧化剂在一个旋转的环形通道中燃烧，由此产生的冲击波会引发持续的燃烧反应，因此其效率高于传统火箭。

现在，中国清华大学的工程师在这些发动机的成功基础上设计出一种新型发动机，但引入了高速转子来进一步稳定爆炸。这种发动机被称为冲压转子爆震发动机，设计者希望它能克服普通旋转爆震发动机的一些缺点，例如推力连续性差，启动马赫数高(这意味着在超音速和高超音速下的表现优于在亚音速下的表现)，以及性能提升不佳。

中国《航空学报》刊发了一篇详细介绍冲压转子爆震发动机的文章，文章合著者闻浩诚在一则声明中说：“开发这种新型发动机的初衷是改进旋转爆震发动机的结构，这一概念也受到了冲压转子压缩机的启发。”

冲压转子爆震发动机的工作原理是在一个固定外壳中使用带叶片的旋转转子。这些叶片均匀分布，在叶片间的通道处理压缩、爆轰燃烧和膨胀过程。根据美国新图谱网站的说法，这使得发动机能够“利用爆炸产生的极端高温高压实现更高的热力学效率，这是传统冲压发动机无法做到的”。

研究人员证实，这种发动机(至少在理论上和数值模拟上)在克服传统旋转爆震发动机的一些弱点方面取得了巨大进步。然而，要想真正解决这些难题，还有很长的路要走。首先，维持爆轰波并不容易，而且为增加的转子提供动力需要能量。这些叶片需要在高超音速气流的地狱级环境中运作，而且目前没有多少材料能够胜任这项任务，这些也构成了挑战。

幸运的是，由于人类对速度的需求并没有减弱迹象，研究人员拥有充足的时间来解决这些问题。