旋转爆震发动机:到底是个什么鬼?上文已经说明了爆震发动机的原理,它是利用燃料与空气混合引爆后以爆轰波向尾喷口扩散来作为推进,前文也说明了这种方式比较节省燃料,因为它可以工作贫燃状态,并且这种发动机结构非常简单,就目前而言主要有几种机构方式:
1、多管爆震(PDE);2、旋转爆震(RDE);3、斜激波爆震(ODE);多管爆震是多根爆震管并联,以一定的频率运行的爆震发动机,因为爆震发动机尽管有燃料利用率高的优势,但如果频率太低,无法形成连续推力,那么这种发动机只能说数据很好但却无法实用,因此要多管并联形成高频连续推力 。
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多管共喷管爆震发动机
这个所谓的高频至少也得50~80HZ左右,当然管数越多、频率越高则推重比和推力都会增加,因此多管并联就成了趋势 。这种多管爆震发动机的缺点是需要连续点火,当然其优势是可以搭配多种结构 , 其一是可以自吸气与火箭混用:
自吸气式PDE火箭式PDEPDE可以在零速度下启动,到达高空高速后再启动火箭模式,无缝切换,发动机只需一台就能完成从地面起飞到近地轨道,空天飞机的理想动力 。而另一种优势则是它可以搭配目前的发动机改善推重比:
涡扇外涵道使用PDE;涡喷的加力燃烧室用PDE;这种工况将大幅改善目前发动机的推重比,也是PDE的一个重要应用,还有则是和冲压发动机以及超燃冲压发动机或者火箭等形成组合动力,类似于RBCC或者TBCC以及TRRE一类组合动力的应用 。
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涡扇发动机外涵道多管爆震
关于PDE的研究全球多国均有涉入,比如NASA将PDE列为革命性发动机加以大力发展,DARPA以及美国空军、海军也都制订了相应计划支持各研究机构和公司开展PDE研究,海军研究局(ONR)与众多大学开展了PDE的多学科研究创新计划(MURI) 。
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日本和俄罗斯也同样投入资金予以研究,我国也不落后,西北工业大学、空军工程大学、南京航空航天大学、航天科工31所、中科院力学所、南京理工大学等都有相关研究项目,到目前为止,各国的PDE仍然没有达到实用化的程度 。
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旋转爆震发动机RDE
这个结构和PDE其实有些相似,不过这个燃烧室是一个环形,相互之间不隔离 , 以一定频率环形燃烧,一次点火后会产生一个或多个爆震波在燃烧室头部旋转传播,燃烧产物从另一端高速排出,从而产生推力 。
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旋转爆震发动机是目前最有前途的应用方向 , 它避免了高频重复起爆的问题 , 并且RDE是爆震循环 , 和PDE类似,它可以工作在火箭以及冲压模式下,也可以和压气机的涡轮配合,形成零速度启动的工况,并且还可以使涡轮压气机从近10级压气机减为3-4级,减轻重量,提高推重比,甚至比PDE还要有优势 。
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从PDE和RDE的原理来看,两者都是涵盖航空到航天领域的,目前的涡扇发动机过于复杂,造价极高,假如未来能用结构极其简单的PDE或者RDE来代替的话,那么飞行器的成本将会大幅下降(发动机甚至占到飞机总成本的一半),相信运营成本也会大幅下降,以后的飞机票价真要比高铁票价便宜得多,而且由于成本降低,座位也不会那么拥挤,舒适度也会大幅提高 。
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