我国开发出首款高超音速引爆波发动机,可使速度提升到9马赫
我国的研究人员称,他们已经开发出世界上第一个高超音速引爆波发动机,能够使用低成本的喷气燃料为九倍音速的飞行提供动力。
据研究人员说,今年早些时候在北京的JF-12高超音速冲击隧道进行了几次成功的斜向引爆发动机的地面试验,该发动机能够通过一阵爆炸产生推力。
由中国科学院力学研究所高级工程师刘云峰领导的团队在11月11日发表在同行评议的《流体力学实验杂志》上的一篇论文中披露了煤油动力发动机的技术细节。
"以前没有公开过使用航空煤油的高超音速引爆发动机的测试结果。"他们在论文中写道。
引爆波发动机可以比其他高超音速发动机(如scramjet)更有效、更有力地运行。爆炸波引发了一系列的爆炸,这些爆炸几乎是瞬间发生的,并且比传统的燃烧在相同数量的燃料下释放出更多的能量,特别是在速度超过8马赫时。
世界各地的科学家们已经建造了引爆发动机,但他们大多使用氢气作为燃料,这带来了高价格和潜在的爆炸风险。
团队研发的发动机使用的是RP-3燃料,一种在机场常见的喷气燃料。
他说:"航空煤油由于其能量密度高,易于储存和运输,是空气呼吸发动机的首选燃料。使用喷气燃料为高超音速飞行提供动力的想法已经存在了几十年,但在极热和极快的空气中点燃煤油的困难给科学家带来了挑战。但是,它不容易引起爆炸。"
煤油的燃烧速度比氢气慢,因此以煤油为动力的发动机通常需要一个更长的起爆室,以使燃料和空气混合物保留更长的时间。
计算机模拟估计,以煤油为燃料的发动机的起爆室将需要比使用氢气的发动机长10倍。
据研究小组称,对于大多数高超音速飞机来说,额外的长度是不可能的,因为每一毫米都很重要。
但是我国科学家发现,一个简单的修改,在发动机的进气口表面增加一个拇指甲大小的凸起,可以使煤油的点火更容易,同时保持腔体更小。
当新鲜空气到达发动机楔形进气口的窄口时,快速移动的空气分子被压缩和加热。
然后,热空气与微小的煤油滴混合,煤油滴破裂后形成更小的分子。
当空气和燃料的混合物撞击进气口原本光滑的表面上的凸起时,产生了冲击波。
在JF-12隧道的各种条件下进行的测试结果表明,这些撞击引起的冲击波不仅可以点燃煤油,而且有助于将爆炸限制在一个更小的空间,并且产生更稳定的推力供应。
我国已经开发了几种高超音速导弹,包括DF-17和YJ-21,能够以足够快的速度击中建筑物或移动的军舰,以躲避大多数防空系统。
我国政府还计划为高超音速技术寻找民用用途,建立一个能在一两个小时内将乘客运送到地球上任何地方的机队。
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