新型旋轉(zhuǎn)爆震沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試助力美國(guó)高超音速導(dǎo)彈射程提升

新型推進(jìn)方案將旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)與雙模沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道相結(jié)合，以減少對(duì)大型火箭助推器的依賴。

1月14日，通用電氣航空航天公司和洛克希德·馬丁公司公布了一項(xiàng)可能重塑未來(lái)高超音速飛行的新型推進(jìn)演示驗(yàn)證結(jié)果。

兩家公司展示了液體燃料旋轉(zhuǎn)爆震沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)與一種新型戰(zhàn)術(shù)進(jìn)氣道的結(jié)合，如何應(yīng)對(duì)高超音速系統(tǒng)面臨的最大難題之一：即在速度超過(guò)5馬赫（每小時(shí)超過(guò)3800英里）的極端條件下的效率問(wèn)題。

這項(xiàng)測(cè)試匯集了近年來(lái)迅速發(fā)展的兩大先進(jìn)航空航天理念。高超音速飛行器有望為未來(lái)防御系統(tǒng)帶來(lái)更快的響應(yīng)時(shí)間和更遠(yuǎn)的航程。

然而，主要技術(shù)障礙依然存在。工程師們通過(guò)將旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)與雙模沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道結(jié)合，旨在彌合常說(shuō)的限制當(dāng)前高超音速導(dǎo)彈性能的"效率差距"。

為何效率限制高超音速導(dǎo)彈？

高超音速飛行具有巨大的軍用和民用潛力。以超過(guò)五倍音速飛行的飛行器可在數(shù)分鐘內(nèi)跨越遠(yuǎn)距離。然而，要在如此寬廣的速度范圍內(nèi)保持發(fā)動(dòng)機(jī)效率仍然很困難。

許多高超音速導(dǎo)彈依賴沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行持續(xù)高速飛行。沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)有活動(dòng)部件，依靠向前運(yùn)動(dòng)來(lái)壓縮進(jìn)入的空氣。這種簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)一旦發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)高速運(yùn)行就能良好工作。問(wèn)題在于點(diǎn)火。沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)通常需要達(dá)到大約3馬赫（約每小時(shí)2300英里），燃燒才能開(kāi)始。

為了達(dá)到該速度，導(dǎo)彈需要大型火箭助推器。這些助推器增加了重量、復(fù)雜性和成本，也限制了射程和靈活性。從發(fā)射到高效巡航之間的這段"空白地帶"，一直是高超音速設(shè)計(jì)者面臨的長(zhǎng)期挑戰(zhàn)。

旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)提供新路徑

通用電氣航空航天公司正通過(guò)旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)。這種發(fā)動(dòng)機(jī)不使用穩(wěn)定燃燒，而是利用一個(gè)環(huán)繞圓柱形燃燒室持續(xù)傳播的超音速爆震波。燃料和水被送入燃燒室，形成一個(gè)自我維持的循環(huán)，在燃燒期間維持高壓。

這種方法帶來(lái)了重大收益。旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)的效率可比傳統(tǒng)燃燒系統(tǒng)高出約25%，而且更小、更輕。與傳統(tǒng)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)不同，它們可以在較低速度下運(yùn)行，甚至在達(dá)到超音速飛行之前。

另一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)是靈活性。同一個(gè)核心部件既可作為超音速下的沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，也可作為高超音速下的超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)。這意味著導(dǎo)彈可以依賴更小的火箭助推器，并在不同飛行狀態(tài)之間更平穩(wěn)地轉(zhuǎn)換。

為雙模飛行打造的戰(zhàn)術(shù)后向進(jìn)氣道

洛克希德·馬丁公司貢獻(xiàn)了一個(gè)專為雙模沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的高速戰(zhàn)術(shù)后向進(jìn)氣道。這個(gè)進(jìn)氣道至關(guān)重要，因?yàn)樗芾碇諝庠诓煌俣群透叨认逻M(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的方式。通過(guò)根據(jù)旋轉(zhuǎn)爆震核心進(jìn)行自我調(diào)節(jié)，該進(jìn)氣道可在氣流條件變化時(shí)保持穩(wěn)定運(yùn)行。

在5馬赫及更高的速度下管理氣流極其復(fù)雜。激波在狹小空間內(nèi)相互作用，微小的變化就可能破壞燃燒。工程師們依靠先進(jìn)的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)來(lái)設(shè)計(jì)進(jìn)氣道并控制這些激波模式。

該設(shè)計(jì)也解決了爆震發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)常見(jiàn)弱點(diǎn)。許多此類發(fā)動(dòng)機(jī)難以在不同高度下保持穩(wěn)定性能。無(wú)論飛行器是在大氣層較低處飛行，還是在較高處進(jìn)行高超音速巡航，新的進(jìn)氣道都有助于保持效率。

對(duì)未來(lái)高超音速系統(tǒng)的影響

旋轉(zhuǎn)爆震沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)與戰(zhàn)術(shù)進(jìn)氣道的結(jié)合，有望實(shí)現(xiàn)更緊湊、更經(jīng)濟(jì)的高超音速推進(jìn)系統(tǒng)。更少的部件和更小的助推器可降低成本，并實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。

洛克希德·馬丁公司先進(jìn)項(xiàng)目副總裁兼總經(jīng)理蘭迪·克萊茨表示："經(jīng)過(guò)兩年內(nèi)部投資，此次演示驗(yàn)證證明了合作、創(chuàng)新以及共同致力于以相關(guān)速度將經(jīng)濟(jì)可負(fù)擔(dān)的能力交到作戰(zhàn)人員手中的力量。這種緊湊的沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用了洛克希德·馬丁公司在沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道方面的專業(yè)知識(shí)，并在極端速度下提供更遠(yuǎn)的射程。我們致力于提供一種在日益嚴(yán)峻的威脅環(huán)境中提升美國(guó)高超音速能力的推進(jìn)系統(tǒng)。"

如果該技術(shù)持續(xù)成熟，它可能在下一代高超音速導(dǎo)彈和飛行器中扮演核心角色。

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