北京航天動力研究所低溫液體推進技術實驗室新型動力研究團隊在一〇一所北京云崗試驗區完成了氫氧連續爆轟火箭式發動機首次試驗。試驗形成穩定自持的單波爆轟波,爆轟波傳播速度達每秒2200米,燃燒效率相對傳統爆燃燃燒大幅提升,試驗達到預期目標。本次試驗成功,標志著氫氧連續爆轟火箭發動機取得了重要進展。

那么這臺新型發動機到底用了什么黑科技呢。首先這臺發動機屬于火箭發動機,采用的是氫氧燃料。但是采用了不同以往的燃燒組織方式。我們前面在談論我國第七代航空發動機時提到了一種新型的燃燒組織方式爆震燃燒。這一燃燒組織方式不同于以往的燃燒組織方式,以往的燃燒組織方式叫爆燃燃燒。爆燃的燃速只有每秒幾十米的速度。但是爆震燃燒就完全不同,爆震燃燒會形成爆震沖擊波,傳播速度可以達到每秒2000米以上。這樣就能大幅度提高燃燒的速度,也能提高燃燒的效率,燃燒效率相對于傳統的爆燃燃燒方式可以提高50%。
火箭發動機采用爆震燃燒方式后,可以大幅度提高發動機的燃燒效率和推重比。相對于傳統的火箭發動機,連續爆轟火箭發動機的比沖可以提高20%。這已經是非常大的性能提升了,可以大幅度提高火箭的運載效率。也就是說同樣的起飛重量,運載重量可以大幅度提高。或者同樣的載荷,火箭的體積和起飛重量可以大幅下降,可以將火箭的成本大幅壓縮。
傳統的火箭發動機噴管噴射火焰很長,這是因為氫氧燃料在燃燒室內大部分還沒燃燒。有相當燃料是噴出燃燒室后才燃燒完畢的,所以噴射火焰比較長。這種新型火箭發動機的燃燒室內的燃燒機理要比傳統的火箭發動機復雜很多。爆震燃燒生成的沖擊波沿著燃燒室連續旋轉燃燒。爆轟波速度可達每秒2200米,因為燃速度大幅提高,大部分燃燒在燃燒室內已經完成。所以從外觀上來,發動機噴出的火焰更短。

這種爆震燃燒方式產生的爆震波會增大燃燒室內的燃燒壓力,和傳統的爆燃燃燒完全不同。爆燃燃燒的燃燒壓力受進入燃燒室內的燃料的壓力決定,燃燒燃燒不會造成燃燒壓力增加。但是爆震燃燒的壓力會隨著爆震沖擊波而增大,因此爆震燃燒屬于增壓燃燒方式。這種新的燃燒機理是氫氧連續爆轟火箭發動機獲得更高性能的根本原因。正是因為這種新的燃燒組織方式,氫氧連續爆轟火箭發動機的比沖和推重比要比傳統的火箭發動機更高。
實際上這不是我國第一次應用爆轟燃燒技術,很早我國就有應用這一燃燒技術的發動機試驗成功。包括脈沖爆震發動機、連續旋轉爆震發動機、連續旋轉爆震沖壓發動機等眾多類型。讓我國在航空航天動力方面走在世界前列,為我國未來航空航天領域取得世界領先地位奠定了堅實基礎。
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