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一桶煤油，點燃它，只能解鎖其中四成的能量；而引爆它，則可以快1000倍召喚出五成的能量。難怪發(fā)動機(jī)都想要爆震燃燒了。

大家好我是火箭叔，今天我們聊斜爆震發(fā)動機(jī)。它究竟是個什么玩意兒？我們?yōu)槭裁葱枰窟€有一個很重要的，我們真的像某些報道里講得一樣，已經(jīng)試驗成功16馬赫的斜爆震發(fā)動機(jī)了？

我們?nèi)粘Ｋ姷娘w機(jī)發(fā)動機(jī)，大多都是依靠“慢燃”——也就是火花點火后火焰沿著燃燒室緩慢傳播，把燃料燃燒釋放能量。但這種燃燒速度非常慢，每秒大約只有幾米的水平。這在氣流速度不那么快的時候還能保持穩(wěn)定，但在高超聲速飛行時，就很難在短暫的氣流停留時間內(nèi)完成燃燒。它此時會表現(xiàn)出燃燒不完全、熱效率低下的問題。

于是，我們需要爆震燃燒。簡單來說，爆震燃燒不是“慢火焰”逐步燃燒，而是通過一束幾乎“爆炸式”傳播的燃燒波來瞬間完成燃燒。這種燃燒速度快得驚人：其火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤梢赃_(dá)到每秒上千米，是普通火焰的1000倍！它意味著，我們可以在幾厘米甚至幾毫米的距離內(nèi)，將燃料的化學(xué)能迅速轉(zhuǎn)化為熱能和壓力能。不僅極大提高了發(fā)動機(jī)的推重比，還能輕松實現(xiàn)超10馬赫的飛行速度與結(jié)構(gòu)緊湊輕量化，徹底變革飛行器的設(shè)計與性能。想象一枚導(dǎo)彈，從北京射向紐約，只需要半個小時，防御系統(tǒng)可能還沒開機(jī)，它就已經(jīng)到家了。

那爆震燃燒該怎么實現(xiàn)呢？斜爆震就是其中的一個路線，這種發(fā)動機(jī)是在進(jìn)氣道或者燃燒室中，人為制造出一個傾斜的爆炸波來完成燃燒。這個波很像一把“能量刀”，瞬間點燃燃料與空氣的混合氣體，釋放大量熱量，產(chǎn)生高壓氣體推動飛行器前進(jìn)。與傳統(tǒng)的超燃沖壓發(fā)動機(jī)相比，斜爆震發(fā)動機(jī)不僅可以保留超聲速的流動狀態(tài)，不必將其大幅減速，而且燃燒室可以設(shè)計得非常短。長度只有傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)的1/5，所以需要冷卻的面積也大幅減少，熱防護(hù)壓力驟降。于是就為它帶來了非常明顯的優(yōu)勢——能夠在更高馬赫數(shù)下實現(xiàn)高效燃燒，且發(fā)動機(jī)體積還很小。實際上，斜爆震發(fā)動機(jī)是目前幾款爆震發(fā)動機(jī)中間，最適合用于超高速飛行的，其適用馬赫數(shù)可以超過15，也就是接近兩萬公里的時速，繞地球一圈，兩小時。

另外一些爆震發(fā)動機(jī)還有脈沖爆震和旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動機(jī)，我們在這兒簡單介紹一下。脈沖爆轟發(fā)動機(jī)的工作方式是周期性地點火，每一次爆震都像一個小爆炸，然后停頓、重新點火。優(yōu)點是結(jié)構(gòu)相對簡單，理論上可以達(dá)到很高的燃燒速度和效率；缺點在于由于是間歇式工作，會引起震動和噪音問題，而且連續(xù)工作的穩(wěn)定性較差，對發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)沖擊較大。旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動機(jī)則利用在環(huán)形燃燒室內(nèi)形成一個連續(xù)旋轉(zhuǎn)的爆轟波，燃料與空氣持續(xù)、穩(wěn)定地燃燒。相比脈沖式，旋轉(zhuǎn)爆轟發(fā)動機(jī)可以實現(xiàn)連續(xù)工作，燃燒更加平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)上也可以做得更緊湊，熱效率和推重比都有明顯優(yōu)勢。目前已在火箭和導(dǎo)彈推進(jìn)中取得突破。不過，在燃燒波穩(wěn)定性、燃料噴射與混合控制等方面，它還是面臨著許多有待攻克的技術(shù)挑戰(zhàn)。

當(dāng)然，相比起來，斜爆震發(fā)動機(jī)面臨的挑戰(zhàn)可能更大，它面前有三大攔路虎：燃料混合難題、熱防護(hù)地獄和試驗條件苛刻。在超高速氣流中如何讓燃料和空氣均勻混合？目前靠“懸臂斜坡噴注器”強(qiáng)行把燃料“插”進(jìn)氣流，但總壓損失較大。而爆炸波附近的溫度超3000°C，就需要研發(fā)新型的陶瓷材料或主動冷卻技術(shù)。最后是受限于地面風(fēng)洞難以模擬馬赫15的真實環(huán)境，得靠“飛行試驗反推設(shè)計”。所以這就引出了一個疑問，網(wǎng)上很多人討論的我國已經(jīng)成功試驗了16馬赫的斜爆震發(fā)動機(jī)，究竟是真是假呢？

來，直接給大家上論文，它發(fā)表在去年12月的《實驗流體力學(xué)》期刊上。

細(xì)節(jié)就不贅述了，其重點突破是通過采用鼓包強(qiáng)制起爆技術(shù)有效克服了航空煤油、空氣混合物長點火延遲的難題，在仿真馬赫9飛行條件下穩(wěn)定實現(xiàn)了斜爆轟波的駐定，從而證明了航空煤油驅(qū)動斜爆轟發(fā)動機(jī)的可行性。

這其實已經(jīng)很厲害了，畢竟相比于傳統(tǒng)燃料，比如氫氣或乙烯，航空煤油不僅能量密度更高、儲存和運輸更方便，而且無需復(fù)雜的低溫保溫措施，從而簡化了燃料系統(tǒng)設(shè)計，降低了工程難度和成本，為斜爆轟發(fā)動機(jī)的實際應(yīng)用提供了更實用的選擇。也讓未來各種超高速飛行器能更快的走進(jìn)現(xiàn)實，但是非要再添油加醋，就真的過了。人家哪句話說了16馬赫呢？這不白紙黑字寫著嗎——試驗?zāi)M了馬赫數(shù) 9、高度 48 km 的飛行狀態(tài)。