提及航空发动机,很多人首先想到的可能是美国在这一领域的领先地位。但事实真的如此吗?中国的航空发动机真的落后美国至少20年吗?
并非如此!航空发动机的领域十分广泛,包括活塞发动机、涡轴发动机、涡桨发动机、涡喷发动机、涡扇发动机、冲压发动机、变循环发动机、组合循环发动机、爆震发动机等。不可否认,在现有的几大类航空发动机中,我国确实在某些方面落后于美国。但当我们转向新概念发动机领域,尤其是爆震发动机,情况就有所不同了。
什么是爆震发动机?
爆震发动机,基于爆震燃烧原理,是一种新型动力装置。它利用脉冲/连续旋转爆震波产生的高温、高压燃气来产生推力。根据实现方式的不同,爆震发动机又分为脉冲爆震发动机(PDE)、旋转爆震发动机(RDE)和斜爆震发动机(ODE)。
爆震发动机的优势
- 效率高:爆震发动机可以看作定压力燃烧,而传统涡扇发动机是定容燃烧。由于爆震波的传播速度极快,爆震发动机的热循环效率大大高于定容燃烧,达到49%,而传统发动机仅为27%。
- 推重比高:与传统发动机相比,爆震发动机省去了压气机、涡轮机等部件,因此具有结构简单、推重比高、成本低廉等特点。
- 飞行包线更宽:爆震发动机不仅能够零速度启动,而且最高飞行速度可达5马赫以上,其中斜爆轰发动机最高飞行速度甚至可以达到17马赫。
中美爆震发动机谁进展更快?
在爆震发动机领域,中美两国的研究都取得了显著的进展。
- 美国:从2003年开始,普惠公司与波音公司合作研制了全尺寸、飞行进气条件下的五管PDE验证样机ITR-2。2008年,美国空军研究实验室(AFRL)领导研究的PDE进行了首次试飞验证。2010年,得克萨斯大学阿灵顿分校设计制造了一种大尺寸单管旋转阀的脉冲爆震发动机,并进行了地面验证试验。2020年,美国中央佛罗里达大学的研究小组声称已经建立并测试了一个3英寸的铜试验台,使用氢和氧的混合物作为燃料。
- 中国:我国在爆震发动机领域的研究也十分活跃。2002年,西北工业大学完成了两相脉冲爆震燃烧原理性试验,并突破了高频工作关键技术。南京航空航天大学在脉冲供油、供气、点火、单级起爆、两相爆震燃烧等关键技术上取得了显著进展。2017年,姜宗林团队展示了660毫米直径的连续旋转爆轰发动机试验性样机。2020年,中科院力学所姜宗林团队在《航空学报》上发表文章,宣布在M9风洞里进行氢燃料的斜爆震发动机的成功测试。2021年,重庆推重比动力科技有限公司研制的H1-M连续旋转爆震发动机成功完成百米轨道滑跑试验。
结论
通过对比,我们可以发现我国在旋转爆震发动机和斜爆震发动机领域均已经领先于美国同行。当然,我国领先的幅度并不大,仍需继续努力。但考虑到我国科研团队的工作强度和完整的工业体系,我们有理由相信,我国的爆震发动机研制将有望全面领先美国同行。