中国新型发动机实现了对美国的反超,测试时最大时速居然有16马赫,远超美国的sr71战机的3.35马赫。很多欧美国家在超燃冲压发动机领域,更是已经探索了70多年,而中国在现代尖端技术方面,相对于起步更早的西方国家并不具备优势。以至于中国在很长一段时间里,对于发动机的研制一直到处碰壁,被尖端的航空技术“卡住喉咙”不过在2020年11月29日,中国成功的研制出了世界上第一台,站立式携爆轰冲压发动机。虽然这只是原型机测试成功,但是却表明了中国在超燃冲压发动机领域赢得了质的飞跃,也实现了在该领域上对美国的弯道超车。
超燃冲压发动机是21世纪各国研发的热点,美国和许多西方国家甚至已经在该领域深入研究了多年。那么为什么中国能够完成“弯道超车”超燃冲压发动机核心技术的研究又有多困难呢。世界航空航天技术可以大致分为三次技术革命,这三次技术革命的产物包括螺旋桨,涡轮喷气推进飞行器,以及高超音速飞行器。而超燃冲压发动机作为第三次革命产物,也就是高超音速飞行器的关键技术,在军事和经济发展方面具有广阔的前景,超燃冲压发动机与其他助燃推动器不同的是,它不需要装备氧化剂。因为在高超音速飞行器攀升的过程中,超燃冲压发动机是从大气中直接获取氧气的。
这也就是超燃冲压发动机质量轻的原因,由于不需要携带氧化剂,超燃冲压发动机相比于其他发动机有着更大的负载量。能够将氧化剂的负重用于其他武器,并且在减轻自身重量的同时,就意味着以同样的推动力,超燃冲压发动机,能拥有比火箭还强四倍的推进力。当然除了自身重量轻的特点外,超燃冲压发动机的另一大特点,就是它的设计结构更为简单。虽然超燃冲压发动机是第三次航空革命产物的核心技术,但是其原理的发现远远早于涡轮喷气发动机的原理。超燃冲压发动机在工作时并不会和其他的发动机一样,需要先将气体进行压缩处理,它在运作的过程中,只需要将空气与燃料一起点燃就行。
简单的操作原理意味着简单的结构,所以超燃冲压发动机,是不需要涡轮发动机等复杂的压缩装置,以及其他辅助设备的。这种简化的结构设计,也是超燃冲压发动机广受欢迎的原因之一了,不过既然超燃冲压发动机结构设计这么简单,为什么它的研发过程却困难重重呢。这就要提及超燃冲压发动机的核心技术了,超燃冲压发动机主要是由进气道,隔离段,燃烧室以及尾喷管四部分组成的。其中进气道的作用是保证超燃冲压发动机的内部气体,与外界气体的相互流动。并且对吸入的气体进行初步压缩,为后阶段的燃烧室提供稳定的高压气流。虽然进气道只是遇压缩空气,但是在研制与组装的过程中,它可以说是超燃冲压发动机的第一个难题了。
由于燃烧室需要高超音速的气流助燃,所以超燃冲压发动机的进气道的设计,必须能够有效且稳定的压缩空气。而当气体流动的马赫速过大时,进气道就会受到高温效应和黏性效应的影响。所谓高温效应就是指空气在以较高马赫速运动时,空气中的分子会发生高频率的震动,从而产生较大的能量。引起进气道内高温的现象,不过这并不是最令人头疼的影响,近期到的研制过程中需要面对的最大困难是激波的产生。到这里也许很多人会在想什么是激波,其实通俗的来讲,激波就是指某一介质在高超音速的情况下,其外面的后面粒子速度远高于前面粒子。并且由于空气是有“弹性”的,界之外快速移动的粒子还来不及扩散开,就猛的一下堆在一起了,从而产生激波。激波在介质的边界层又会相互干扰,使高超音速飞行器的结构剧烈颤动,进而间接的影响发动机的效率。
尽管超燃冲压发动机各个结构都很精密,但是在4部分中最具技术含量的当属燃烧室了,它是超燃冲压发动机最重要的核心结构。在高温燃烧的环境中,除了采用冷却以及热防护等措施,燃烧室的结构性能,还必须在极短的时间内,完成喷射雾化和混合稳定燃烧等复杂的操作,其难度不亚于在高空走钢丝。从超燃冲压发动机理论的提出到现在,世界上已经有很多高超音速飞行器,是装配有超燃冲压发动机的。
但是在众多前沿的冲压发动机里,只有中国成功的突破了研发的瓶颈,自主摸索出了站立式携爆轰冲压发动机。它作为目前最先进的超燃冲压发动机,在一系列的测试后,居然比美国研发的x34a发动机还要更快更稳定。当然我国新型超燃冲压发动机的成功,不仅仅是因为拥有全球风速最快的风洞,激波风动GF12,能够进行16马赫风速的模拟测试。更是因为中国科学家日日夜夜的攻克大量科研的进步,与发展是人才氛围和社会文化的成功,相信在未来的高超音速飞行器领域里,我国能跻身世界科研技术的前沿,成为科学界的领头羊。
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