冲压转子爆震发动机：高超声速推进的新时代_新浪财经

洛克希德D-21无人机。

冲压转子爆震发动机，有望实现从零到马赫数5高超声速及更高速度的同级领先效率。

转子旋转时，空气被压缩、引爆并膨胀，然后在连续引爆波中用作推力。　　在高速旋翼的叶片之间自发产生一系列爆炸，有望在高超声速飞行中实现动力和效率的飞跃——前提是这种激进的新型发动机必须足够坚固，能够承受自身的动力。　　自从有了飞行，人们就一直在追逐最快速的推进系统。首先出现的是达·芬奇的鸟翼飞机，其灵感直接来源于鸟类，但失败了。不久之后，螺旋桨问世，莱特兄弟利用可连接发动机的旋转叶片产生的持续推力，成功实现了飞行。直到第二次世界大战之前，螺旋桨一直是最先进的技术。　　1939年，第一架喷气式飞机亨克尔He 178升空，利用自身排出的废气产生推力。1941年，格罗斯特E.28/39型飞机上出现了第一架涡轮喷气式飞机，它增加了一个涡轮驱动的压缩机，使更多空气进入燃烧室，从而提高了动力和效率。　　1949年，第一架完全由冲压式喷气发动机提供动力的飞机Leduc 0.10问世，它也是将压缩空气导入发动机，但它完全由飞机自身的高速前进运动和进气道形状设计来压缩空气，使其速度大大降低。20世纪60年代中期洛克希德的D-21无人机本质上是一种带机翼的冲压喷气式发动机，因此无法依靠自身动力起飞。当它以超声速飞行时，必须从洛克希德M-21（与SR-71不同）的后部发射，这样冲压式喷气机才能正常工作。　　20世纪50年代是航空航天高度创新的时代，我们今天在高速飞行中仍在使用的许多设备都诞生于那个时代。1954年，罗尔斯·罗伊斯公司生产出第一台涡轮风扇发动机，名为康威（Conway）。涡轮风扇将涡轮喷气发动机核心机周围的一些气流分流，用一个大风扇将其加速，然后将这些旁路空气与喷气排气混合。这两种气流的比例可以调整，当希望发动机安静高效时，高旁通比例就很好，而当优先考虑速度和灵活性时，低旁通比例就很有效。如今，几乎所有的商用客机都使用高旁通涡扇发动机。　　1958年，scramjet（即超声速燃烧冲压式喷气发动机）概念问世，它可以在空气以超声速持续流过燃烧室的同时点燃燃料，从而消除了冲压式喷气发动机需要将气流速度降至声速以下的难题。但这种设计直到2001年才在美国国家航空航天局的X-43A飞机上得到成功验证，它达到了令人印象深刻的马赫数6.8（8396千米/时）的高超声速，三年后又达到了马赫数9.6（11854千米/时）。旋转爆震发动机　　2020年，世界上第一台新型旋转爆震发动机（RDE）在试验台上点火。这些发动机告别了缓慢、可控的燃烧世界，转而试图利用实际爆炸中释放出的强烈、混乱的能量。　　这不是通过火焰对空气-燃料混合物进行良好的、可预测的氧化，而是用冲击波猛烈撞击爆炸性燃料分子，使其化学键断裂，导致它们爆炸并释放出另一个冲击波。旋转爆震发动机的高明之处在于将冲击波的能量传送到一个环形通道中，并适时释放更多的爆炸性燃料，从而形成一种自我维持的爆炸模式。　　这样做的好处是，与普通内燃机相比，理论效率最高可提高25%。缺点是在大气压力下工作效率低得多，因此在超声速或高超声速状态下工作效率更高，因为在这种状态下进气容易被压缩，从而保持理想的爆炸条件。冲压转子爆震发动机（RRDE）概念　　清华大学的闻浩诚博士和王兵教授构想出了一种革命性的新型发动机，他们认为这种发动机可以在很宽的速度范围内提高旋转爆震发动机的效率。11月20日，他们的研究登上了《中国航空学报》的封面。　　从本质上讲，这是一种旋转爆震发动机，爆震波在高速转子内被稳定下来。无论进气速度如何，转子内形状精确的流道都会将空气-燃料混合物压缩到爆燃的理想条件，通过平衡进气气流与排气膨胀气体和冲击波的相对速度，将爆燃波固定在原位。　　因此，柱塞转子可在单个转子内控制反应物压缩、引爆点和燃烧气体膨胀。它使用连续的超声速旋转爆轰波作为主要推进手段，在本质上比传统的爆燃方法更有效。冲压转子爆震发动机利用爆燃的极端压力和温度实现更高的热力学效率，这是传统冲压式喷气发动机无法做到的。　　到目前为止，冲压转子爆震发动机还只是一种设计，仅在理论和模拟实验室测试中证明了自己。理论测试表明，这种新型发动机应该能够进行超过马赫数5（6174千米/时）的高超声速飞行，其效率远远高于其他爆震发动机——空气压缩冲压转子也应该能够在比普通旋转爆震发动机慢得多的速度下产生适当的引爆条件。　　这并不意味着以冲压转子爆震发动机为动力的飞机一定能够依靠自身动力起飞，但它确实预示着爆震发动机技术迈出了重要一步。　　当然，挑战依然存在。驱动柱塞转子需要能量，这会影响效率。在静态环形通道中维持爆轰波已经非常困难，因此在高速转子中保持爆轰波的稳定也并非易事。当然，转子叶片需要足够轻，以便快速高效地旋转，但也要足够坚固，以便处理高超声速进气气流.以及叶片之间持续不断的爆炸等苛刻条件。　　人们希望它能比之前的一些先进技术更快地从图纸变成试验飞机，但最近高超声速研究的加速，尤其是中国的研究，表明它将有机会在不久的将来证明自己。（航柯）