美媒1945上有一篇關于旋轉爆震發動機的安利文，提出了一個觀點，旋轉爆震發動機才是未來戰鬥機理想的動力，它從零速度啟動到高超音速無縫切換，比目前任何一種發動機都要優秀！那麼果真如美媒所認為的那樣嗎？

　　旋轉爆震發動機：到底是怎樣一種動力 美媒1945上的這篇文章表示，爆震發動機的提出和研發已經很久了，但一直沒有進入實用階段，但近些年來在旋轉爆震上的突破，有希望讓這種動力成為下一代戰鬥機的動力！

　　爆震發動機，和普通發動機到底有什麼不一樣？

　　爆震發動機最早可以追溯至1950年代密歇根大學航空航天工程名譽教授 Arthur Nicholls的爆震發動機理論，這種發動機的原理是與常規的燃燒不一樣，在爆震發動機燃燒室内發生的過程是爆炸。

　　燃燒和爆炸都是氧化劑和燃料發生了反應，但兩種化學反應的速度卻不一樣，普通的燃燒是一個緩慢的過程，而在噴氣式發動機燃燒室内的燃燒則比較快，但燃料顆粒間傳播速度仍然低于音速，從一般意義上來看，燃燒室的尺度基本隻有幾十厘米的尺度，即使小于音速也是瞬間完成的。

　　但爆炸卻不是這個概念，因為爆炸的爆轟波速度是超音速的，比如燃氣爆炸的爆轟波速度可以輕松超過1400米/秒，大約是音速的4倍以上，因此在爆震發動機内的“燃燒”過程傳播過程相當快。

　　這也引出了兩個完全不同的概念，等壓燃燒和等容燃燒，噴氣式或者火箭發動機的燃燒室内都是屬于等壓燃燒，什麼概念呢？它會自動維持一定的壓力，如果燃燒室壓力太高，那麼就會從尾噴口排出以維持大緻恒定的壓力。

　　因此火箭發動機會有一個收縮的喉部，以維持較高的壓力，這會讓亞音速燃燒的燃燒室仍然可以排出超音速的氣流，這個從擴散的發動機尾噴管的馬赫環就可以看出，各位注意下加力起飛的噴氣式發動機尾焰即可看到。

　　而爆震燃燒則是等容燃燒，即使在開放空間内爆轟波仍然會以超音速傳遞，壓力并不會在開放空間中降低，因此可以近似看成是等容燃燒（爆炸），速度天生就是超音速的，因此它要比常規的噴氣式發動機和火箭發動機要優秀的多！

　　并且火箭的燃燒和爆震燃燒的燃料混合比完全不一樣，我們以常見的氧乙炔火焰的混合比為例，一般氣割時的高溫藍白色火焰的氧氣與乙炔氣體混合比大于1.2，也就是乙炔濃度大約為46%左右（請注意，此時還是富氧燃燒，乙炔濃度是不足的），但爆炸濃度範圍卻在2.3%-72.3%之間。

　　簡單地理解就是維持爆震發動機工作的乙炔消耗比例最低可低至維持火箭式燃燒濃度的5%，當然實際可能會大一些，但爆炸過程要比燃燒過程的燃料要節省得多這是肯定的事實。這個原理也讓爆震發動機更“省油”。

　　旋轉爆震：比多管爆震要更優秀

　　如此優秀的爆震發動機，為什麼還不普及呢？原因其實也很簡單，爆震發動機的燃料效率雖然很高，但推重比太差，這個參數受到爆震發動機的“爆炸”頻率影響，而一般的脈沖爆震發動機點火速度受到爆震循環過程的影響。

　　爆震發動機其實和活塞式發動機有些類似，兩者都是爆炸驅動的發動機，比如一台家用轎車級4缸活塞式發動機的極限轉速大約是4000轉/分左右，按四沖程發動機2轉一次一個爆炸循環，那麼總共有2000次爆炸過程，按四個氣缸，每個氣缸工作500次，一分鐘60秒，每秒8次多一點！

　　也就是說像活塞式發動機這種有強迫吸氣和排氣過程的發動機，爆炸頻率極限大約是8HZ，當然賽車級别會更高，就算它增加2.5倍也隻有20次，而脈沖爆震發動機的門檻是80HZ，越高推重比越大，内燃機有氣缸強迫吸氣排氣，而脈沖爆震發動機則是自然吸氣排氣。因此爆震發動機最麻煩的就是提高頻率，不過也不是沒有辦法，有如下幾個辦法可以解決：

　　1、多管爆震發動機；2、旋轉爆震發動機； 多管爆震就是單管爆震頻率不夠，那麼多湊幾根爆震管，以達到更高爆震頻率的可能，目前已經用多管爆震可以達到80HZ的頻率，但很可惜的是這隻是達到了爆震發動機的門檻而已，雖然有飛行器已經使用多管爆震發動機作為動力并且經過飛行測試，但推重比仍然不足。

　　另一種就是旋轉爆震發動機，多管爆震雖然增加管子可以提高頻率，但每根管子都是死重，而且需要高頻點火，而旋轉爆震則是一個環形燃燒室，使用爆轟波的環形傳播在環形燃燒室内出現螺旋形的起爆過程，它這個頻率受到環形燃燒室的結構設計影響，頻率要比多管爆震發動機要高很多。

　　旋轉爆震發動機的特性非常優秀，目前已經達到了部分商用化的要求，但應用面還局限在作為小型航空器的動力，比如無人機等，之後很有可能會延伸到巡航導彈這類武器上，未來大型、穩定動力後才可能擴展到載人飛行器上。

　　另外爆震發動機的另一個方向則是與現代噴氣式發動機結合，比如在渦扇發動機的外涵道布置多管爆震或者旋轉爆震發動機，大幅度提高推重比，與渦扇組合式爆震發動機也是當前研究的重要方向。

　　超燃沖壓、變循環火箭與旋轉爆震，到底哪種更優秀？ 對于飛行器的動力，全球各國突破的重要方向是高超音速吸氣式發動機，就現在掌握的技術而言，除了火箭以外，主要集中在如下幾個研究方向：

　　1、超燃沖壓發動機；2、變循環火箭發動機；3、旋轉爆震發動機； 這三種發動機都可以達到高超音速，但三種發動機的特點卻又是迥異的，隻能從幾個維度來對比下：

　　1、結構複雜度；2、零速度啟動性能；3、可以達到的最高速度；4、是否可以切換到火箭模式（大氣層外工作）；5、節省燃料角度考慮； 從結構複雜度來看，超燃沖壓發動機和爆震發動機的結構都非常簡單，兩者都沒啥運動部件或者隻有很少的運動部件。變循環火箭發動機（類似于英國佩刀式預冷發動機的類型）結構是最複雜的，它包括冷卻組件、渦輪機組件、燃氣渦輪、冷卻劑壓縮機以及火箭發動機等結構，從結構上來看，變循環火箭發動機最複雜。

　　英國佩刀式預冷發動機

　　沖壓發動機

　　零速度啟動方面，超燃沖壓發動機無法做到，因為這種發動機需要在4~5倍音速下才能點燃，因此它的零速度啟動性能是最差的，隻能和渦輪機組合的TBCC模式或者火箭組合RBCC等模式。

　　變循環火箭與旋轉爆震發動機均可在一定外圍部件的輔助下零速度啟動，對于載機來說，一種發動機肯定要比多種組合式發動機要便于維護，在這個條件下，超燃沖壓發動機完敗。

　　可以達到最高速度方面，爆震發動機可能要略差一些，據目前的資料，它的速度很可能無法超過5~7馬赫（1馬赫為1倍音速），而超燃沖壓發動機用碳氫燃料時的極限在7馬赫左右，用氫燃料則可達10馬赫以上。

　　變循環火箭則基本沒有限制，因為它可以工作在完全火箭模式下，它也能在大氣層外工作，這種發動機在跨大氣層工作時最有優勢。

　　旋轉爆震發動機也可以工作在火箭模式下，但由于其燃燒室結構問題，其推重比與流量無法和變循環火箭相比，在這個條件下，變循環火箭發動機要更優秀一些。

　　最後比拼的是省油性能，上文已經說明了，等壓燃燒的火箭和常規噴氣式發動機無法和爆震燃燒的旋轉爆震發動機相比，這種發動機是天生省油。

　　美媒1945上的報道其實說得很簡單，大緻提及了旋轉爆震發動機很優秀，本文擴充了很多内容做了大緻比較，基本上可以确認一點，變循環火箭發動機可以跨越大氣層使用，非常優秀，但結構太複雜，超燃沖壓發動機速度不錯，就是無法零速度啟動，而且隻能在大氣層内使用，而旋轉爆震發動機則介于兩者之間，作為未來的戰鬥機發動機，确實還是有潛力的，特别是和其他類型的渦輪風扇發動機組合時更有前途。

　　延伸閱讀：變循環火箭發動機到底什麼原理？ 這種發動機有點打破常規，前面看是台噴氣式發動機，後面看卻是台火箭發動機！而它确實是兩種發動機的組合，基本組成大概有如下部分：可調式（火箭模式下可關閉）的進氣道、熱交換器、空氣壓縮渦輪機、預燃渦輪機、氦氣壓縮機和火箭發動機。

　　SABRE渦噴火箭變循環發動機

　　主要工作原理：将吸入的氣流冷卻減小體積後再經過渦輪機壓縮進入火箭燃燒室作為氧化劑，與進入火箭發動機的燃料燃燒從尾噴管排出提供動力，需要冷卻是因為空氣壓縮後會受熱膨脹，會嚴重降低發動機進氣效率，因此冷卻空氣是這台發動機最重要的步驟。

　　氦氣冷卻壓縮過程：火箭核心的預燃室渦輪泵啟動，為氦氣壓縮機提供動力，這些氦氣經過壓縮後回到熱交換器，為進入發動機的氣流降溫；

　　渦輪機壓縮過程：火箭核心的預燃室渦輪泵啟動，同時為渦輪機提供動力，這對冷卻後的空氣二次壓縮，将高壓氣體注入火箭發動機的燃燒室作為氧化劑。

　　低空吸氣工作過程：火箭的預燃渦輪啟動，帶動渦輪機吸入空氣，同時啟動壓縮機，開始将吸入空氣冷卻後再壓縮送入火箭發動機與混入的燃料點燃從尾噴口排出，提供強大的推力

　　高空火箭工作過程：到30~40千米高度後，大氣層中含氧量不足以支持燃燒，發動機進氣口關閉，渦輪機停止，預燃室帶動的渦輪泵全力泵入燃料和氧化劑，發動機處在純火箭模式狀态。

　　它是空天飛機的理想動力，不過它卻不适合作為戰鬥機的發動機，因為這種結構的發動機體積很難縮小，無法塞進目前的戰鬥機中，并且必須使用低溫燃料，這個對戰鬥機來說難度太高。

　　#頭條創作挑戰賽#

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