基于氢氧燃料掺混的爆震发动机未来大概率会发展为航天器的火箭爆震动力。但对于巡航导弹和飞机,实用化的发动机大概率依然必须使用常温、液态的烷烃类燃料,或类似“流星”导弹,使用固态燃料贫氧燃烧后生成的富燃燃气。
在现阶段的爆震发动机研究中,燃料从氢气更换为气态的甲烷和乙烯等小分子碳氢化合物后,由于所需的起爆能量和反应空间更大,常会出现火焰传播速度骤然降低,甚至频繁熄爆的现象。而液态航空煤油这一类低活性的燃料,如果要维持持续的爆震燃烧,更是机理不明且难以实现。
在核心的燃烧原理和燃料属性问题之外,爆震发动机还面临着很多其他工程领域的困难。比如,人们研制爆震发动机的目的是以更小的体积和重量提供极大的功率,这意味着大量热量要极短时间内释放在非常狭小的空间里,该过程所造成的热负荷会远超任何目前投入使用的发动机。
根据现有氢氧混合燃料试验的测试数据,爆震波的温度可以达到3000k,燃烧室结构承受的热流量更高达12000—17000kW每平方米。因此,该使用怎样的材料、怎样的热管理设计,才能让紧凑化的轻质结构耐受这样的高温环境?是横亘在各国发动机科研界的巨大挑战。
多涵道化设计的变循环发动机。
客观来说,未来连续爆震发动机必然要经历“由小而大”的长期过程:首先在导弹发动机等成本较低的小型动力系统中获得应用,并得到验证,然后逐步放大尺寸和推力等级,并被整合到中大型的涡扇或火箭等发动机产品上,最终推动飞机、火箭的动力系统实现能力提升。从这个角度来说,连续爆震发动机短期内必然难以匹配六代机项目。
尽管如此,当前大多数的实用化发动机,尤其是涡轮燃机,工程基础理论很成熟,核心部件的设计和制造在反复迭代中,其性能已经趋近可实现的理论极限。因此,研究连续爆震发动机的意义毋庸置疑,该领域也已经成为全球航空强国突破当下科技桎梏、发力前沿科技的重要领域。(责任编辑:张佳鑫)