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爆轰与爆震发动机区别(爆震发动机缺点有哪些)

来源:原点资讯(www.yd166.com)时间:2023-11-26 10:33:32作者:YD166手机阅读>>

非加力涡扇的速度极限约M2,在实用中大概能达到M1.5;加力涡扇的速度极限大约M3.5,在实用中大概能达到M2.8-3.0;亚燃冲压也是一样,实际上M4-5就差不多到头了,尽管理论上可达差不多M6;超燃冲压可达M10

由于这个减速、加速过程,涡轮类喷气发动机在速度超过M3一级后,阻力上升快于推力上升,在理论上就不可能实现高超音速。

常规的冲压发动机不用压气机,来流在进气道里通过动压直接完成减速增压,燃烧膨胀后喷气做功,同样通过收敛-扩散喷管达到超音速推进。在这里,燃烧依然是亚音速的,所以也称亚燃冲压,速度极限比涡轮类发动机更高,可到M4-5一级,理论上能达到M6,但那很勉强了。

爆轰与爆震发动机区别,爆震发动机缺点有哪些(5)

亚燃冲压发动机没有活动部件,但还是等压燃烧,依然不适合高超音速推进

爆轰与爆震发动机区别,爆震发动机缺点有哪些(6)

超燃冲压虽然也需要减速增压,但是超音速燃烧,减速幅度小,阻力小,更加适合高超音速飞行,但燃烧控制的难度极大

超燃冲压把燃烧速度提高到超音速,与亚燃冲压实际上已经是完全不同的机理了。超燃冲压的进气道也要减速增压,但最终速度还是超音速的。超燃冲压要做到“受控爆炸”,关键在于用气流流动帮压力波的传递加速到超音速,这是通过超音速进气做到的。问题在于燃速和压力波速度需要精确匹配。如果燃速还是高于压力波速度,那就要爆炸了;如果燃速低于压力波速度,则可能熄火。

常有人把超燃冲压比作在12级台风天里点燃火柴,这不尽准确,或许在12级台风天里被吹上天时,在被风卷走的同时点燃火柴,更加贴近一点。不消说,难度是巨大的。这也是超燃冲压始终难以做到长时间稳定工作的原因,西方超燃冲压还在尽量延长稳定工作时间的阶段,很少有形成正推力的。这方面中国又领先了,但离实用也还是有距离。另外,超燃冲压还是从等压燃烧的理念延伸过来的。能降低高超音速飞行的阻力,但还是“带着镣铐前行”。

亚燃冲压和超燃冲压都需要启动速度才能开始工作。在导弹上,一般用火箭助推达到启动速度,超燃冲压则要直接用火箭助推到高超音速才能启动。这也是为什么西方超燃冲压能工作200秒以上但依然还没有产生正推力的原因,实际上是在“有动力滑翔”中苟延残喘,并不是真的动力推进。

但是换一个思路,可以用爆炸产生推力,燃烧在瞬间完成,具有自增压特点,这也是内燃机比蒸汽机具有更高热效率的关键。这样的受控爆炸一般称为爆震或者爆轰(detonation),爆炸(explosion)常用于特指不受控制的情况。

蒸汽机内是等压燃烧,但内燃机在气缸里产生爆震,压力大大超过蒸汽机,效率也更高。在理论上,把内燃机的排气形成喷气,这也是一种喷气发动机。这恰好就是脉冲爆震发动机(简称PDE)的基本原理。

爆轰与爆震发动机区别,爆震发动机缺点有哪些(7)

爆震的难点在于火焰扩散的控制,在封闭的气缸里已经不容易,在开放的燃烧室里,还有激波控制的问题,这是形成等压燃烧的关键

PDE与二战时代的脉冲喷气发动机有传承关系,但不是一回事。德国V-1导弹是首先使用脉冲喷气发动机的飞行器,有进气阀,但排气端是直通环境大气的。在工作时,进气阀周期性打开,进气在冲压和排气的抽吸作用下进入燃烧室,在与燃料混合的同时进气阀关闭,油气混合体点燃后燃烧膨胀,从尾部喷出,同时打开进气阀,开始下一个循环。这样的间隙工作形成独特的“啪啪”声,伦敦人民一听到这声音,就必须赶紧跑防空了。脉动喷气发动机的结构比涡轮喷气发动机简单得多,但在燃烧膨胀的同时已经开始喷气,漏气损失可观,油耗很大,限制了进一步发展。

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