12月20日,清華大學的官網上出現了一篇標題為《我國研製的新型發動機成功測試飛行》的報道,字裡行間透露出一種全新體制的發動機已經取得了突破性進展,這個新聞引發了社交媒體上廣泛的討論,然而討論的內容竟然是這種突破的發動機究竟是哪種型別!
清航空天:究竟是旋轉爆震還是超燃衝壓?
相信有很多對高超音速發動機比較瞭解的網友都不相信,清航空天試驗了什麼發動機,我一眼就能看出來,不過這回連種花家也是一頭霧水,下面引用清華官網的報道的配圖和配文,看看各位火眼金睛能看出啥:
“清華新聞網12月20日電 近日,由清華大學自主研製的“清航叄號”新型發動機圓滿完成飛行試驗任務,標誌著我國自主研製的基於新型燃燒技術的發動機取得重要進展,進入工程實踐階段。”該新型發動機是清華大學研究團隊在“清航壹號”研究基礎上,針對寬速域應用條件持續自主研發的新型發動機,其具有經濟性指標高、結構簡單等優點。此次飛行試驗成功獲取了發動機的真實飛行資料與效能特性引數,驗證了新一代高速飛行動力技術的可行方案,為進一步工程應用奠定了重要基礎。
各位看出啥關鍵資訊了嗎?種花家統計了下只有如下幾個關鍵描述:
基於新型燃燒技術的發動機;進入工程實踐階段;在“清航壹號”研究基礎上寬速域應用條件持續自主研發的新型發動機
第一個描述“基於新型燃燒技術”表示這種發動機與傳統的噴氣式或者火箭發動機不一樣,第二個進入工程實踐的意思是,該發動機接下來就是製造原型機了,這是技術體系論證與試驗驗證已經沒有問題,可以進入原型機試製階段了。第四個寬速域表示這是一種速度跨越很大的描述術語,基本就是高超音速發動機的代名詞。
這幾個描述範圍很大,完全無法對應到一種發動機,唯一有用的事第三個描述,因為這是在“清航壹號”發動機基礎上研製出來的,儘管技術可能有進步了,但原理應該是一樣的!
“清航壹號”發動機:就有爭議
2022年1月24日,清華大學航天航空學院教授王兵團隊進行了自主研發的新型發動機的飛行演示試驗。在預定的高度和速度範圍內,發動機成功點火、穩定工作,試驗取得圓滿成功。該試驗表明我國已經掌握該新型發動機的自主研發與工程實現能力。
這就是將近3年前的“清航壹號”發動機測試報道,與目前報道不一樣的是當時報道配發了非常詳細圖片甚至動圖說明原理:
這四張圖,左下角這張後面助推發動機微噴口,沒有參考價值,其他三張都透露了不少資訊,上左上右很容易就能看出這是一種軸對稱的衝壓發動機進氣口。前面金屬原色與後半部分火箭結合的開口,應該是發動機點火的噴口,測試發動機與助推不分離,主要是發動機工作不穩定或者有部分裝置在後面工作艙段。
從這個動圖很容易可以看出這種發動機的工作過程,所以在全網專業度最高的知乎上分歧也比較大,一種是說法是這就是一種典型的超燃衝壓發動機,從頭部的軸對稱近期到,中部氣流通道,再到後部的燃燒室,標準的超然衝壓發動機模式。
但是也有另一部分網友提出反對意見了,因為在清航官方介紹的中(不是單獨介紹清航壹號發動機)提到了旋轉爆震發動機,所以有網友認為這是一種旋轉爆震發動機。
但是問題來了超燃衝壓發動機只能在超過5馬赫+時點火,而旋轉爆震是一種可以自然吸氣的特殊工作模式發動機,“清航壹號”發動機需要火箭推進到高空高速時再測試,這不是超燃衝壓發動機,難道還是旋轉爆震發動機?
清航官方報道:找到佐證資料
北京清航空天動力的曹楨(北京清航空天動力科技有限公司總經理助理)在2024年12月時發表了一篇航空航天技術創新發展與展望的文章,提到了一個說法:
脫胎清華大學航天航空學院的清航空天已經實現了爆震燃燒技術的首次飛行清航空天來源於清華大學的噴霧燃燒與推進實驗室,主要從事連續旋轉爆震技術的產業化有了這一爆震新型燃燒動力的加持,人類太空旅行的設想將很快成為現實。
看明白了嗎?這就是對清航壹號發動機燃燒模式的確認,確實屬於爆震燃燒模式,但是問題來了,爆震燃燒怎麼看起來和超燃衝壓發動機差不多的模式呢?答案來了,清航一號是一種衝壓+爆震的新體制發動機。
超燃衝壓發動機是利用超音速激波壓縮空氣再混入燃料在燃燒室點燃的一種發動機,需要在超音速5馬赫+條件下才能啟動,所以它無法零速度自啟動。另一個特徵是燃燒室氣流速度超過音速,而連續燃燒波傳遞速度低於音速,工作條件非常苛刻,因此這種發動機對速度非常敏感,稍有變化可能就會對發動機工作狀態造成影響,因此目前的超燃衝壓發動機工作非常不穩定。
爆震發動機利用連續爆炸模式來產生動力,爆炸濃度低,爆炸波超音速傳播,節油率很好,旋轉爆震頻率很高,推重比不錯,並且還可以零速度啟動,但這種發動機也存在不少問題,比如燃燒穩定性不好控制,這種自吸氣模式的進氣沒有壓縮,推力控制非常複雜(依賴爆震波頻率),稍有不穩定就會效能下降甚至爆震迴圈中斷。
所以有天才的工程師就把這兩者結合起來了,利用衝壓發動機的激波對進入爆震發動機的氣流進行預壓縮,透過激波錐的調節可以對氣流壓縮以及氣流比例進行調節,結合燃料霧化技術,讓爆震發動機實現“自適應”。
清航壹號就是在這樣的背景下發展起來的衝壓爆震發動機,而清航叄號則是在一號基礎上改進設計後的產品,各位可以想象一下,經過三年的研發,技術肯定有了相當不一般的突破,並且技術已經進入到了“原型機研發階段”,估計再過2-3年,原型機都可以裝機測試了。
延伸閱讀:還有一種衝壓轉子爆震發動機
今年11月份的CJA(CHINESE JOURNAL OF AERONAUTICS中國航空學報)上爆出了一篇關於RRDE(壓轉子爆震發動機)的論文,是此前叫好不叫座的旋轉爆震發動機升級版,更接近實用!
這種發動機的原理是在超燃衝壓發動機的進氣錐後面增加一個渦輪組,啟動時調節進氣錐將進氣口調節到最大,啟動渦輪組壓氣級,然後供給旋轉爆震發動機使用,這種模式下的發動機避免了零速度啟動後加速過慢,同時在進入超音速後可以透過旁路將氣流越過壓氣級,因為在超音速氣流下壓氣級效果不佳,反而會影響激波壓縮效果。
目前國內關於發動機方面已進入了全面發展的階段,超燃衝壓發動機、旋轉爆震發動機、斜爆震發動機,衝壓旋轉爆震發動機,衝壓轉子爆震發動機,預冷式組合迴圈火箭發動機,隨便突破一個就是劃時代的進步,同時會有一種全新的飛行器出現!
高超音速飛行器 or 空天飛機
各位喜歡哪種?估計未來10~15年應該就能出現了!