旋轉爆震發動機已接近實際型號應用
雖然旋轉爆震發動機仍需要花費大量精力進一步研究,但無疑,此類發動機是一項著眼未來的重要突破性技術。
近期,美國海軍空戰中心武器部對一款保密中的新型導彈進行測試,這款導彈最大的特點是采用旋轉爆震發動機(RED)提供動力,這似乎表明這種推進系統在從概念轉化為實用方面取得了重大進展。有關這款新型導彈的細節是在1月份的AIAA技術會議期間出現的,當然,這種武器仍在高度保密當中,其他細節很少被披露。
此類機密實用型號項目的出現表示美國國防領域早已進行RDE技術的開發活動,尋求比現有高超聲速巡航導彈更小、成本更低的遠程武器。
RDE集成在導彈上的設想圖,可以為中遠程導彈提供高效推進。
受到多國重視的RDE
旋轉爆震發動機(RDE)的研究最早起源于20世紀60年代,最早由蘇聯學者提出。由于該類發動機其只需一次起爆,避免了脈沖爆震發動機(PDE)的很多固有難題,受到了很多國家的重視。
RDE在機械結構上很簡單,而且其熱力學效率可能會有躍遷式的變化,因為燃燒室中進行的是定容燃燒,而不是像傳統噴氣發動機進行定壓燃燒。此外,旋轉爆震發動機的燃燒過程可以采用超聲速爆轟形式進行,也不是傳統噴氣發動機中的亞聲速燃燒。
RDE發動機可實現增壓燃燒,而不是傳統發動機在燃燒過程中會產生壓力損失,這也是該技術的主要優勢,理論上可提供高達15%的效率提升。在這方面,RDE也可能比諸如PDE在內的大部分其他形式壓力增益燃燒更有效。
在RDE中,爆震波圍繞兩個同軸圓柱體間隙中的環形空間傳播,空氣燃料混合后被噴射出去,并被前一輪的燃燒所點燃,如果設計得當,原本不穩定的燃燒和點火過程將可自發維持下去。
在RDE和PDE之間,過去十年的研究越來越多地指出RDE更適合近期發展成實用推進系統。與PDE相比,RDE只需很少的移動部件和更簡單的操作即可有效地進行循環燃燒,而PDE需要在每次脈沖后對爆震室進行吹掃和重新噴射燃料混合空氣。
早在2011年,歐洲MBDA公司就將RDE作為其未來超聲速巡航導彈“英仙座”的動力裝置之一。2021年,日本航空航天探索局(JAXA)及其合作機構在離地面約165千米處進行了探空火箭飛行試驗,火箭除主發動機外,還包括一臺RDE和多臺脈沖爆震發動機(PDE),每臺發動機均產生了數秒正推力,并可在甲烷/氧氣環境下正常工作。
JAXA進行的RDE測試,圖左側光環即為前文提到的RDE環形爆震室,正在點火工作。
俄羅斯在2016年開展了使用液氧/煤油燃料的RDE樣機點火試驗,試驗共進行了33次,爆震波旋轉頻率達到約20000赫茲,實現了連續爆震并產生穩定推力。2017年,俄羅斯科學院開展了使用氫燃料的RDE樣機風洞試驗,試驗最大比沖達到了3600秒。
美國近些年在RDE上的投入相對更多,且分工清晰、明確。在軍方、政府等相關部門的支持下,密歇根大學、普渡大學、阿拉巴馬大學、辛辛那提大學等高校主要圍繞旋轉爆震機理問題開展理論、數值模擬和試驗研究;普惠公司、航空洛克達因公司、GE航空等企業主要圍繞工程實際開展研究。目前為止,美國已經完成了旋轉爆震機理驗證、點火試驗、RDE代替渦扇發動機燃燒室、探索RDE減少污染物排放等多項關鍵技術驗證。
AFRL對RDE復雜燃燒動力學進行研究,以支持演示驗證機的開發。
美國軍方密集授出RDE研發合同
在過去三年中,美國空軍實驗室(AFRL)增加了四個RDE開發項目:一款可在隱身戰斗機彈艙內攜帶的、速度高達3倍聲速的空地導彈,采用液體燃料旋轉爆震沖壓發動機;一款采用固體燃料增壓燃燒發動機的空空導彈;一種可替代渦輪發動機加力燃燒段的RDE系統;以及自由噴射測試項目。
而據美國國部在2021年3月發布的一份簡報,一款直徑約30厘米的液體燃料RDE沖壓式噴氣發動機在2020年成功測試,并且為另一款直徑約48厘米的RDE發動機測試打下基礎。
2020年早些時候,DARPA授予雷神公司100萬美元用于研究以RDE為動力的巡航導彈概念。幾個月后,AFRL主導的“經濟可承受任務先進渦輪技術”(ATTAM)首次將RDE列為優先發展方向并稱其“擁有最高優先級”。
同時,AFRL授予普惠公司、GE航空各2.5億美元,授予航空洛克達因公司0.2億美元用于RDE的開發和試驗,三家公司的預計完成時間都為2026年。此外,普惠公司已于近期獲得了AFRL一份地面演示驗證項目合同,用于開發RDE,項目將與雷神導彈與防務公司、雷神技術研究中心共同執行。普惠的這份合同將遵循其“鱷魚工廠”(GatorWorks)的快速開發原則,而美國空軍現在提出的是較為緊迫的現實要求,客觀上也加速了普惠公司的工作步伐。
旋轉爆震發動機現在正在一款新型導彈上進行測試。
通過與雷神公司導彈防御部門的合作,普惠表示可以因此在系統層面上對技術進行審視,不僅僅是“讓發動機可以自行工作”,而是需要考慮組裝完整的推進系統,最終使導彈飛起來。這是與之前的科研工作差異巨大的方面。
雖然仍未透露RDE發動機的潛在尺寸或應用細節,但普惠表示,新型動力裝置旨在以更高的馬赫速度飛行,將使未來飛行器的設計和應用成為可能,并將成為普惠高速發動機產品組合的一部分。
雖然普惠公司新獲得的合同技術細節未公開,但也從側面證明美國正在大力發展理論基礎已經較為成熟的RDE巡航導彈,且項目進展較為順利。此前的研究也表明,定壓燃燒對于速度高達3倍聲速的沖壓發動機系統的效率是有益的,而這一概念也適用于渦輪發動機和火箭發動機。相比與之前十分復雜的J58組合循環發動機,普惠發現RDE發動機將更簡單,也可以用于未來可用于5倍聲速飛行的Metacomet發動機。
關鍵詞:
免責聲明:本網站內容主要來自原創、合作媒體供稿和第三方自媒體作者投稿,凡在本網站出現的信息,均僅供參考。本網站將盡力確保所提供信息的準確性及可靠性,但不保證有關資料的準確性及可靠性,讀者在使用前請進一步核實,并對任何自主決定的行為負責。本網站對有關資料所引致的錯誤、不確或遺漏,概不負任何法律責任。任何單位或個人認為本網站中的網頁或鏈接內容可能涉嫌侵犯其知識產權或存在不實內容時,應及時向本網站提出書面權利通知或不實情況說明,并提供身份證明、權屬證明及詳細侵權或不實情況證明。本網站在收到上述法律文件后,將會依法盡快聯系相關文章源頭核實,溝通刪除相關內容或斷開相關鏈接。
市場消費排行榜
-
2022-01-17 15:40
-
2018-09-28 11:31
-
2018-09-28 11:31
-
2018-09-28 11:31
-
2018-09-28 11:31
市場消費熱門推薦
-
2022-01-17 15:40
-
2018-09-28 11:31
-
2018-09-28 11:31
-
2018-09-28 11:31
-
2018-09-28 11:31