“壓力”引爆速度！GE與洛馬測(cè)試高超音速導(dǎo)彈終極引擎

關(guān)鍵詞：先進(jìn)導(dǎo)彈推進(jìn)系統(tǒng) 國(guó)防航空航天技術(shù) 爆震沖壓發(fā)動(dòng)機(jī) 通用電氣航空航天公司 高超音速 高超音速推進(jìn)技術(shù) 洛克希德·馬丁公司高超音速導(dǎo)彈導(dǎo)彈 發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試 沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī) 創(chuàng)新旋轉(zhuǎn)爆震沖壓發(fā)動(dòng)機(jī) 美國(guó)高超音速武器

/*航空

目前通用電氣航空航天公司和洛克希德·馬丁公司已成功完成發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試，驗(yàn)證了一種專為高超音速導(dǎo)彈設(shè)計(jì)的液態(tài)燃料旋轉(zhuǎn)爆震沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)。這項(xiàng)突破意義重大，因?yàn)樗型麨槊绹?guó)未來的打擊能力帶來更高的速度、更遠(yuǎn)的射程和更高的效率。

此次測(cè)試標(biāo)志著兩家公司在更廣泛的聯(lián)合技術(shù)開發(fā)協(xié)議框架下開展的首個(gè)合作項(xiàng)目，旨在推進(jìn)下一代推進(jìn)技術(shù)的發(fā)展。此次演示驗(yàn)證了旋轉(zhuǎn)爆震技術(shù)在導(dǎo)彈級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)中的可行性，這是邁向能夠打擊高價(jià)值、時(shí)效性強(qiáng)目標(biāo)的作戰(zhàn)型高超音速系統(tǒng)的關(guān)鍵一步。

與依賴穩(wěn)定燃燒的傳統(tǒng)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)不同，旋轉(zhuǎn)爆震沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)利用連續(xù)爆震波燃燒燃料和空氣。這一過程可在減小發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸和重量的同時(shí)提供更高的推力，從而提高超音速和高超音速飛行時(shí)的航程和整體性能，并實(shí)現(xiàn)更緊湊的導(dǎo)彈設(shè)計(jì)。

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這兩家公司展示了液態(tài)燃料旋轉(zhuǎn)爆震沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)與新型戰(zhàn)術(shù)進(jìn)氣道相結(jié)合，如何解決高超音速系統(tǒng)面臨的最大難題之一：在超過5馬赫的極端速度下如何提高效率。

/*為什么效率會(huì)限制高超音速導(dǎo)彈的發(fā)展

高超音速飛行具有巨大的軍事和民用潛力。飛行速度超過音速五倍的飛行器可以在幾分鐘內(nèi)跨越很遠(yuǎn)的距離。然而，如何在如此寬廣的速度范圍內(nèi)保持發(fā)動(dòng)機(jī)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)仍然是一個(gè)難題。

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許多高超音速導(dǎo)彈依靠沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)持續(xù)高速飛行。沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)沒有運(yùn)動(dòng)部件，依靠向前運(yùn)動(dòng)來壓縮進(jìn)氣。

這種簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)在發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)效果很好。問題在于點(diǎn)火。沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)通常需要達(dá)到約3馬赫的速度才能開始燃燒。

為了達(dá)到如此高的速度，導(dǎo)彈需要大型火箭助推器。這些助推器會(huì)增加重量、復(fù)雜性和成本，還會(huì)限制射程和靈活性。發(fā)射和高效巡航之間的速度差距一直是高超音速導(dǎo)彈設(shè)計(jì)者面臨的長(zhǎng)期挑戰(zhàn)。

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/*旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)提供了一條新途徑

通用電氣航空航天公司正利用旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)來應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)。與傳統(tǒng)的穩(wěn)定燃燒不同，這種發(fā)動(dòng)機(jī)采用持續(xù)的超音速爆震波，該爆震波在圓柱形燃燒室中傳播。燃料和水被送入燃燒室，形成一個(gè)自持循環(huán)，從而在燃燒過程中維持高壓。

這種方法帶來了顯著的優(yōu)勢(shì)。旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)的效率比傳統(tǒng)燃燒系統(tǒng)高出約25%。它們體積更小、重量更輕。與傳統(tǒng)的沖壓式發(fā)動(dòng)機(jī)不同，它們可以在較低的速度下運(yùn)行，甚至在達(dá)到超音速飛行之前即可工作。

另一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)是靈活性。同一核心部件既可以作為沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)以超音速飛行，也可以作為超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)以高超音速飛行。這意味著導(dǎo)彈可以使用更小的火箭助推器，并在不同的飛行模式之間更平穩(wěn)地轉(zhuǎn)換。

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/*專為雙模飛行而設(shè)計(jì)的戰(zhàn)術(shù)進(jìn)氣口

洛克希德·馬丁公司提供了一種專為雙模沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的高速戰(zhàn)術(shù)進(jìn)氣道。該進(jìn)氣道至關(guān)重要，因?yàn)樗軌蚩刂撇煌俣群透叨认驴諝膺M(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的方式。通過與旋轉(zhuǎn)的爆震核心進(jìn)行自我調(diào)節(jié)，該進(jìn)氣道能夠在氣流條件變化時(shí)保持發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。

控制馬赫數(shù)5及以上的氣流極其復(fù)雜。沖擊波在狹小空間內(nèi)相互作用，微小的變化都可能擾亂燃燒。工程師們依靠先進(jìn)的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)來塑造進(jìn)氣道并控制這些沖擊波模式。

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該設(shè)計(jì)還解決了爆震發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)常見弱點(diǎn)：許多爆震發(fā)動(dòng)機(jī)難以在不同高度保持穩(wěn)定的性能。新的進(jìn)氣口有助于保持效率，無論飛行器是在低空飛行還是在高空進(jìn)行高超音速巡航。

/*這一發(fā)展的意義

引入高效節(jié)能的旋轉(zhuǎn)爆震沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，為大幅提升導(dǎo)彈性能提供了契機(jī)—與傳統(tǒng)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)相比，它能夠在實(shí)現(xiàn)高超音速飛行的同時(shí)，延長(zhǎng)射程并降低成本。其主要特點(diǎn)包括：

• 緊湊的架構(gòu)，提高了燃料和有效載荷能力，同時(shí)最大限度地降低了生產(chǎn)成本。
• 提高燃油效率和推力可擴(kuò)大作戰(zhàn)范圍。
• 較低的點(diǎn)火速度允許使用較小的助推系統(tǒng)來啟動(dòng)沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。

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/*運(yùn)行機(jī)制

• 這種創(chuàng)新的旋轉(zhuǎn)爆震沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)利用爆震波進(jìn)行燃料和空氣燃燒，這與現(xiàn)有沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的傳統(tǒng)燃燒技術(shù)有所不同。
• 這種先進(jìn)的推進(jìn)解決方案可產(chǎn)生有利于超音速和高超音速飛行的巨大推力，便于打擊高價(jià)值、時(shí)間敏感的目標(biāo)，同時(shí)保持較小的發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸和重量，從而提高航程。

/*深入分析

• 該沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)采用了通用電氣航空航天公司的旋轉(zhuǎn)爆震燃燒系統(tǒng)以及洛克希德·馬丁公司的戰(zhàn)術(shù)進(jìn)氣口，從而促進(jìn)了高速氣流進(jìn)入燃燒室。
• 兩家公司在紐約州尼斯卡尤納的通用電氣航空航天研究中心進(jìn)行了沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火和巡航條件下的直接連接測(cè)試，以驗(yàn)證這種吸氣式旋轉(zhuǎn)爆震沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)在導(dǎo)彈配置中的運(yùn)行情況。
• 工程師們通過以不同的速度和高度向進(jìn)氣口注入空氣來模擬超音速飛行場(chǎng)景，包括高空巡航高度，在高空巡航高度，低空氣密度對(duì)高效燃燒構(gòu)成挑戰(zhàn)。

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/*未來方向

來年，GE航空航天公司和洛克希德·馬丁公司計(jì)劃進(jìn)一步開發(fā)和改進(jìn)旋轉(zhuǎn)爆震沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。