中国首创新型发动机,突破美国封锁,实现对美技术反超

自从飞机在20世纪初被发明以后,各种其他飞行器也相继被发明了出来,人类自此开始进入了“飞”的时代。而现如今,有这样一款由中国发明制造的发动机,飞行器在安装上它以后,速度将高达16马赫,可以轻松地用两个小时从中国北京飞抵美国纽约。

  这款发动机就是站立式斜爆轰冲压发动机。

  

  中国新型发动机的研制成功,意味着发动机领域的技术瓶颈被打破,而美国在发动机领域的霸主地位也受到了挑战。

  那么,这款发动机的过人之处究竟在哪里?中国在研制它的过程当中,又发生了怎样的故事呢?

  发动机的前世今生

  发动机,即为一种把其他形式能转化为机械能的机器,其包括内燃机,外燃机和喷气电动机等等。在18世纪中叶,英国科学家瓦特发明了蒸汽机,人们开始产生了使用动能驱动交通工具的概念,发动机的雏形设想就此被提出。

  而在飞机被发明以后,作为飞行器动力核心的发动机更显得尤为重要,这让各国都不得不开始涉足发动机的研制,而美国则在发动机领域一直占据着龙头位置,在航空领域更是佼佼者。多年来,美国凭借着成熟的发动机制造技术,向全球各个国家和地区供应发动机,赚了个盆满钵满。

  

  而作为在发动机领域起步较晚的中国,因为技术落后,多年来都只能从他国高价进口发动机,但这显然不是长久之计。为了摆脱对他国的技术依赖,我国走上了自主研发的道路,即使面对外国的技术封锁也绝不退缩。

  就在不久之前,经过了我国科研人员多年的潜心研究后公布了一款新型发动机,它卓越的性能让世界为之侧目。人们发现,中国已经不是那个在发动机领域上受制于人的国家了!

  站立式斜爆轰冲压发动机的发明之路

  2020年11月29日,《中国航空学报》刊登出了一篇由中国科学院力学研究所高温气体动力学重点实验室主任姜宗林领导团队发表的论文。

  在这篇论文中,该团队表示,他们研制出了“站立式斜爆轰冲压发动机”,它在高超音速风洞试飞中展现出了无比强大的性能。这款发动机的出现,意味着高超声速飞行器冲压发动机有了巨大的技术革新!

  

  站立式斜爆轰冲压发动机

  此消息一出,举国欢庆。要知道,之前在超燃冲压发动机领域一直独占鳌头的都是美国,如今中国率先突破了这一技术难关,届时,美国就不得不向我国谋求合作了。

  其实一直以来,发动机技术一直是我国的一块“心病”。我国在发动机工业发展当中遇到的瓶颈,直接影响到了我国歼12和运20等军用飞机的研发工作,其他的民用飞机也是如此。可以说,我国发动机行业的发展,将直接影响到我国的航天行业。

  目前,我国让人印象深刻的发动机一般是涡扇发动机和喷气发动机。

  

  其中,涡扇发动机是用喷管喷射的燃气和风扇排出的空气,产生反作用推力的一种燃气涡轮发动机,而喷气发动机就是用喷气产生推力的一种反作用式发动机。这两种发动机的综合性能也不差,但由于推力不足等缺点,应用在各种飞机上还是有点勉强。这时候,超燃冲压发动机进入了我国的视线当中。

  超燃冲压发动机,是一款燃料在超声速气流中进行燃烧的冲压发动机,其具有结构简单且重量轻、推力大、速度快等优点,而且比起火箭发动机来讲,它还有着不需要携带氧化剂的优势。

  从上世纪的60年代,国外研发的超燃冲压发动机就进行过飞行试验,当时的最高速度已经达到了马赫数7.3。而后,美国逐渐开始在超燃冲压发动机领域占据了领先的地位,X-7验证机就是美国在该领域的一大成就。

  然而,超燃冲压发动机也有着很大的技术问题,那就是推力不足,且燃烧不稳定。

  

  超燃冲压

  于是在2000年,美国提出了一个新型发动机的设想,即站立式斜爆轰冲压发动机。在美国的设想中,该发动机可以通过爆破时在短时间内所产生的爆破波为动力来推动飞行器前行。

  不过设想也只是设想,多年以来,美国并没有宣布他们在该技术上有什么突破。就在人们以为这只是一个不可能被研制出来的“假象”时,中国的科研成果让这一切变为了现实。

  中国科学院的力学研究所科研小组称,他们正在测试新研发的站立式斜爆轰冲压发动机,这款冲压发动机是利用了高超声速燃烧过程中的“爆轰效应”产生出热效率,可以在毫米级空间以及微秒级时间内释放出70%的能量,比其他传统的等压燃烧模式产生的能量要高出一半。

  因为在采用“爆轰模式”来作为高超声速推进时,会具有极高的反应效率,所以发动机的尺寸就可以被大幅缩小,发动机的推力裕度也得到了提升。

  

  在科研小组刊登的论文当中可以看出,这款发动机的设计其实很简单。它没有任何的移动部位,主要由单机进气口、燃烧室以及氢燃料喷射器这三部分组成,其中,燃烧室的口开向了进气口的上端。

  当研发团队把该发动机放入风洞中测试时,发现它可以模拟达音速9倍时的飞行状况。当高速风冲击进气口的时候,会产生高温高压的激波,而在这些激波接触到了燃烧室的氢燃料的时候,就制造出了能够推进发动机的爆轰波。

  在研究团队公布的影片里可以看出,爆轰波产生的瞬间十分耀眼,燃烧室的开口绽放出了奇异的光芒。该款发动机在这次试验中,速度高达16马赫。

  

  这里值得一提的是,让这款发动机进行全面试验时所使用的风洞,也是姜宗林研究员研制出来的。

  风洞,就是一种通过人工及其控制模拟器械运行时,通过周围的气体流动来提供信息研发的基本数据的设备,是进行空气动力实验的最有效方式,也是各国研制很多新产品时必须要使用的一种设备,不过由于造价高昂和技术问题,很多国家拥有的风洞数量都比较少。

  而此次测试站立式斜爆轰冲压发动机的超大型高超声速激波风洞名为JF-12,别名“风洞巨龙”。它于2008年开始研制,共耗资4600万元,其整体性能要比国外的同类产品优越许多,这也是我国使用它来进行新型发动机测试的原因。

  

  在有关站立式斜爆轰冲压发动机的论文发布之后,外界纷纷开始了预测,他们认为安装了该款发动机的飞行器的飞行时速可以达到5倍音速,这是世界上其他高超音速发动机都无法实现的一个数值,美国的X-51A就是一个很好的例子。

  在2004年,美国研发出了高超音速飞行器X-43A,这款飞行器在试飞的时候创造出了9.6马赫的好成绩。眼看这一成果震慑了世界,志得意满的美国又研制出了另一款飞行器——X-51A。

  

  他们的原定目标是让它以6倍音速飞行300秒,并总共对其进行了三次试飞测试。在第三次试飞当中,这款飞行器只飞行了16秒就在太平洋坠毁了。这意味着,美国在该领域遇到了无法突破的瓶颈。

  如今,中国成为了世界上最早研制出技术成熟的超燃冲压发动机,这也意味着我国离成为最早研制出高超声速飞行器的国家不远了。除此之外,我国也是国际上第一个建成了能够实现复现飞行条件的地面空气动力学的试验设施,同时也是世界上已知风洞类型最全、数量最多的国家。

  在未来,除了商用的跨大气层高超声速飞机之外,我国还会将该发动机的技术使用在高超声速巡航武器的研制当中。有了这款发动机,我国的飞行器将达到惊人的12000公里/小时,在两个小时内就能够到达全球任何地方。

  可以说,在超燃发动机领域和风洞领域,我国都已经超越了美国,相信在将来,随着我国科研技术水平的不断提升,其他领域的科研成果也能够打破封锁,超越美国。

  在这里,也要诚挚地感谢我国的科研人员,是他们的艰苦奋斗和不懈努力,才让我国在起步晚、技术落后的情况下,取得如此优异的成绩。












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