航空

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跨越很遠的距離。然而，如何在如此寬廣的速度範圍內保持發動機的高效運轉仍然是一個難題。

許多高超音速導彈依靠衝壓發動機來實現持續高速飛行。衝壓發動機沒有運動部件，依靠向前運動來壓縮進氣。

這種簡單的設計在發動機高速運轉時效果很好。問題在於點火。衝壓發動機通常需要達到約3馬赫的速度才能開始燃燒。

為了達到如此高的速度，導彈需要大型火箭助推器。這些助推器會增加重量、複雜性和成本，還會限制射程和靈活性。發射和高效巡航之間的速度差距一直是高超音速導彈設計者面臨的長期挑戰。

旋轉爆震發動機提供了一條新途徑

通用電氣航空航天公司正利用旋轉爆震發動機來應對這一挑戰。與傳統的穩定燃燒不同，這種發動機採用持續的超音速爆震波，該爆震波在圓柱形燃燒室中傳播。燃料和水被送入燃燒室，形成一個自持循環，從而在燃燒過程中維持高壓。

這種方法帶來了顯著的優勢。旋轉爆震發動機的效率比傳統燃燒系統高出約25%。它們體積更小、重量更輕。與傳統的衝壓式發動機不同，它們可以在較低的速度下運行，甚至在達到超音速飛行之前即可工作。

另一個關鍵優勢是靈活性。同一核心部件既可以作為衝壓發動機以超音速飛行，也可以作為超燃衝壓發動機以高超音速飛行。這意味着導彈可以使用更小的火箭助推器，並在不同的飛行模式之間更平穩地轉換。

專為雙模飛行而設計的戰術進氣口

洛克希德·馬丁公司提供了一種專為雙模衝壓發動機系統設計的高速戰術進氣道。該進氣道至關重要，因為它能夠控制不同速度和高度下空氣進入發動機的方式。通過與旋轉的爆震核心進行自我調節，該進氣道能夠在氣流條件變化時保持發動機穩定運行。

控制馬赫數5及以上的氣流極其複雜。衝擊波在狹小空間內相互作用，微小的變化都可能擾亂燃燒。工程師們依靠先進的計算流體動力學技術來塑造進氣道並控制這些衝擊波模式。

該設計還解決了爆震發動機的一個常見弱點：許多爆震發動機難以在不同高度保持穩定的性能。新的進氣口有助於保持效率，無論飛行器是在低空飛行還是在高空進行高超音速巡航。

這一發展的意義

引入高效節能的旋轉爆震衝壓發動機，為大幅提升導彈性能提供了契機—與傳統衝壓發動機技術相比，它能夠在實現高超音速飛行的同時，延長射程並降低成本。其主要特點包括：

• 緊湊的架構，提高了燃料和有效載荷能力，同時最大限度地降低了生產成本。

• 提高燃油效率和推力可擴大作戰範圍。

• 較低的點火速度允許使用較小的助推系統來啟動衝壓式噴氣發動機。

運行機制

• 這種創新的旋轉爆震衝壓發動機利用爆震波進行燃料和空氣燃燒，這與現有衝壓發動機中使用的傳統燃燒技術有所不同。

• 這種先進的推進解決方案可產生有利於超音速和高超音速飛行的巨大推力，便於打擊高價值、時間敏感的目標，同時保持較小的發動機尺寸和重量，從而提高航程。

深入分析

• 該衝壓式噴氣發動機採用了通用電氣航空航天公司的旋轉爆震燃燒系統以及洛克希德·馬丁公司的戰術進氣口，從而促進了高速氣流進入燃燒室。

• 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行了衝壓發動機點火和巡航條件下的直接連接測試，以驗證這種吸氣式旋轉爆震衝壓發動機在導彈配置中的運行情況。

• 工程師們通過以不同的速度和高度向進氣口注入空氣來模擬超音速飛行場景，包括高空巡航高度，在高空巡航高度，低空氣密度對高效燃燒構成挑戰。

未來方向

來年，GE航空航天公司和洛克希德·馬丁公司計划進一步開發和改進旋轉爆震衝壓發動機的性能。