提及航空發(fā)動(dòng)機(jī)，很多人首先想到的可能是美國在這一領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。但事實(shí)真的如此嗎？中國的航空發(fā)動(dòng)機(jī)真的落后美國至少20年嗎？
并非如此！航空發(fā)動(dòng)機(jī)的領(lǐng)域十分廣泛，包括活塞發(fā)動(dòng)機(jī)、渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)、渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)、渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)、渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)、沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)、變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)、組合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)、爆震發(fā)動(dòng)機(jī)等。不可否認(rèn)，在現(xiàn)有的幾大類航空發(fā)動(dòng)機(jī)中，我國確實(shí)在某些方面落后于美國。但當(dāng)我們轉(zhuǎn)向新概念發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，尤其是爆震發(fā)動(dòng)機(jī)，情況就有所不同了。
什么是爆震發(fā)動(dòng)機(jī)？
爆震發(fā)動(dòng)機(jī)，基于爆震燃燒原理，是一種新型動(dòng)力裝置。它利用脈沖/連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震波產(chǎn)生的高溫、高壓燃?xì)鈦懋a(chǎn)生推力。根據(jù)實(shí)現(xiàn)方式的不同，爆震發(fā)動(dòng)機(jī)又分為脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)（PDE）、旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)（RDE）和斜爆震發(fā)動(dòng)機(jī)（ODE）。
爆震發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)勢(shì)
- 效率高：爆震發(fā)動(dòng)機(jī)可以看作定壓力燃燒，而傳統(tǒng)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)是定容燃燒。由于爆震波的傳播速度極快，爆震發(fā)動(dòng)機(jī)的熱循環(huán)效率大大高于定容燃燒，達(dá)到49%，而傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)僅為27%。
- 推重比高：與傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)相比，爆震發(fā)動(dòng)機(jī)省去了壓氣機(jī)、渦輪機(jī)等部件，因此具有結(jié)構(gòu)簡單、推重比高、成本低廉等特點(diǎn)。
- 飛行包線更寬：爆震發(fā)動(dòng)機(jī)不僅能夠零速度啟動(dòng)，而且最高飛行速度可達(dá)5馬赫以上，其中斜爆轟發(fā)動(dòng)機(jī)最高飛行速度甚至可以達(dá)到17馬赫。
中美爆震發(fā)動(dòng)機(jī)誰進(jìn)展更快？
在爆震發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，中美兩國的研究都取得了顯著的進(jìn)展。
- 美國：從2003年開始，普惠公司與波音公司合作研制了全尺寸、飛行進(jìn)氣條件下的五管PDE驗(yàn)證樣機(jī)ITR-2。2008年，美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室（AFRL）領(lǐng)導(dǎo)研究的PDE進(jìn)行了首次試飛驗(yàn)證。2010年，得克薩斯大學(xué)阿靈頓分校設(shè)計(jì)制造了一種大尺寸單管旋轉(zhuǎn)閥的脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)，并進(jìn)行了地面驗(yàn)證試驗(yàn)。2020年，美國中央佛羅里達(dá)大學(xué)的研究小組聲稱已經(jīng)建立并測(cè)試了一個(gè)3英寸的銅試驗(yàn)臺(tái)，使用氫和氧的混合物作為燃料。
- 中國：我國在爆震發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域的研究也十分活躍。2002年，西北工業(yè)大學(xué)完成了兩相脈沖爆震燃燒原理性試驗(yàn)，并突破了高頻工作關(guān)鍵技術(shù)。南京航空航天大學(xué)在脈沖供油、供氣、點(diǎn)火、單級(jí)起爆、兩相爆震燃燒等關(guān)鍵技術(shù)上取得了顯著進(jìn)展。2017年，姜宗林團(tuán)隊(duì)展示了660毫米直徑的連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆轟發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)性樣機(jī)。2020年，中科院力學(xué)所姜宗林團(tuán)隊(duì)在《航空學(xué)報(bào)》上發(fā)表文章，宣布在M9風(fēng)洞里進(jìn)行氫燃料的斜爆震發(fā)動(dòng)機(jī)的成功測(cè)試。2021年，重慶推重比動(dòng)力科技有限公司研制的H1-M連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)成功完成百米軌道滑跑試驗(yàn)。
結(jié)論
通過對(duì)比，我們可以發(fā)現(xiàn)我國在旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)和斜爆震發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域均已經(jīng)領(lǐng)先于美國同行。當(dāng)然，我國領(lǐng)先的幅度并不大，仍需繼續(xù)努力。但考慮到我國科研團(tuán)隊(duì)的工作強(qiáng)度和完整的工業(yè)體系，我們有理由相信，我國的爆震發(fā)動(dòng)機(jī)研制將有望全面領(lǐng)先美國同行。
