一架外观酷似苏-34的飞行器在中国西北某地的飞行试验场上空呼啸而过,其机腹下挂载着一台看似简陋的发动机。这台发动机将在持续的爆炸中推动“苏-34”疾驰飞行。这一奇特的试验标志着国产FB-1爆震发动机首次试飞成功,意味着国产爆震发动机已从原理研究阶段迈入工程实用阶段,为未来的广泛应用奠定了坚实基础。
爆震发动机作为新世纪各国竞相发展的新概念发动机之一,具有更高的效率、更低的油耗、更简单的结构和更轻的重量,非常适合高超声速飞行,因此具有广阔的发展前景。传统的喷气式发动机,如涡喷和涡扇,属于等压发动机,燃料过程中压力基本保持不变。这使得空气在进入燃烧室前需要增压,而压气机的转速受限于气动载荷和烧蚀作用,从而限制了飞机的飞行速度。现代飞机的速度通常被设定在2.5倍音速以下,只有少数特殊设计的飞行器才能达到2.5倍音速以上的速度。
中国航空发动机新突破FB-1爆震发动机首飞成功
FB-1爆震发动机则采用了一种全新的设计思路。它通过让燃料在燃烧室内爆炸而非燃烧,省去了压气机,简化了发动机结构,降低了发动机的体积和重量。爆炸使得燃料的能量得到更充分的发挥,提高了效率,从而降低了油耗。据国际航空发动机行业估计,爆震发动机的燃料效率比现有航空发动机高出约20%。
然而,爆震发动机的设计和控制难度极大。为了克服这一挑战,研究人员提出了旋转爆震发动机的概念。这种发动机能够在燃烧室内连续工作,当燃料与空气混合并在燃烧室内点燃形成爆炸时,爆震波沿燃烧室底部周向旋转传播。爆震波的压力使得燃料暂时停止注入燃烧室,而当爆震波过去后,燃烧室压力降低,燃料继续注入,从而实现循环爆炸。爆震波从喷口高速排出,形成推力,推动飞行器前进。
由于爆震发动机没有旋转部件,其工作范围比现有航空发动机更广泛,尤其适合高超声速飞行。与其他航空发动机结合使用,可以形成更高级的组合发动机,进一步扩大飞行包线。进入新世纪以来,美国在爆震发动机领域投入了大量资源,试图抢占这一新兴市场。目前,NASA在爆震发动机领域的研究处于领先地位,推力已达到1000磅级门槛,约合454千克。
2020年,美国空军向主要航空发动机厂商授予了3项旋转爆震发动机关键研发合同,要求在2025年至2030年间开发出实用的爆震发动机。据报道,美国已开始在巡航导弹等精确制导武器领域应用爆震发动机。其他国家,如俄罗斯、法国和日本,也在积极开展爆震发动机的研究和开发工作,计划在未来十年内研制出实用爆震发动机。
中国在爆震发动机领域的研究同样起步较早,并已取得显著成果,部分技术还申请了专利。此次公开国产爆震发动机研发进展的是国内商业航发公司推重比引擎公司,FB-1是其自主研发的第一型爆震发动机。FB-1已进行飞行测试,表明推重比公司已掌握爆震发动机的研发和制造技术,具备研制小直径爆震发动机的能力。一旦解决可靠性问题,FB-1的后续型号甚至可直接应用于导弹或高超音速无人机。
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