2023年末，在西北某飞行试验场上，重庆大学产业技术研究院组织了一场发动机测试试验。一架装载了FB-1爆震发动机的小型无人验证机，在连续爆燃带来的强劲推力下，成功点火飞行。
这次试验的结果引起了国内外舆论的轰动，因为爆震发动机是当前航空航天发动机研究的重点突破方向，是最具应用潜力的空天动力之一。
中国在航空领域起步较晚，但此次无疑表明我国发动机的自主研发，已经不再受制于其他国家的技术垄断，而且达到了世界第一梯队的水平。
如何工作？
那么，爆震发动机是什么？这种发动机的投入使用，又能给中国航空航天技术带来何种新的可能？
爆震发动机，是一种基于新的燃烧模式的推进装置，关键在于“爆震”二字。采用爆震燃烧的发动机，主要有旋转爆震发动机、脉冲爆震发动机和斜爆震发动机。这里着重介绍旋转爆震发动机的工作原理。
旋转爆震发动机通常由环形燃烧室、起爆装置、喷注器、尾喷管等部分组成。燃烧室一端封闭，一端开口。
发动机工作时，由燃烧室封闭端的喷注器，将燃料和氧化剂注入燃烧室，再由火花塞等起爆装置进行点火，形成沿圆周方向旋转、传播的爆震波，而高温高压的爆震产物则经尾喷管进行加速后，高速排出，产生推力。
说到其中的“爆震”现象，自然界中的燃烧一般分为两种，缓燃和爆燃。日常生活的燃烧和传统的空天动力中，基本是以缓燃的形式提供能量。而爆燃则是在高温高压环境下，燃烧波以亚音速进行传播的燃烧模式，并伴随爆震现象的产生。
爆震会产生以超音速运动的爆震波，同时形成高温高压的爆震产物。因为爆震波的高速运动，使爆燃模式的热循环效率更高，热能释放速度快，在同等的燃料供给下，爆震发动机能提供更充足的能量，也更具经济性。
至于为什么爆震现象能产生推力，则需要先介绍空天发动机的工作原理。空天发动机是一种反作用力式发动机，这种基于反作用力的工作模式。
通俗地说，就是混合燃料和氧气，利用点火装置，使其在燃烧室发生燃烧反应，产生高温高压气体，气体通过热膨胀对涡轮做功使其运转，对外释放高速气体——这是涡轮发动机的原理；
或气体通过推进喷管进行加速，直接喷射到外部做功，从而获得反作用力推力——这是冲压发动机的原理。
而旋转爆震发动机的工作模式，则更类似冲压发动机，即燃烧产物的内能通过相互作用直接转化为外界推力的动能。爆震现象产生的高温高压产物，通过尾喷管进一步加速后抛射到外部，从而获得反作用力推力。
有何优势？
也正是得益于爆震现象热循环效率高，能量损耗少的特点，旋转爆震发动机不但可以降低油耗，更具经济性，在性能表现上，也远远超过当前绝大多数发动机。
传统的涡轮发动机，由于复杂的增压机制限制了飞行速度，其最高飞行速度不超过2.5马赫。冲压发动机的飞行速度也在3.5—4.0马赫的范围内。而旋转爆震发动机所带来的推力，却能驱动战斗机或导弹等飞出5马赫以上的高超音速，甚至达到10马赫。
另外，因为爆震现象会产生高温高压产物，使环形燃烧室内压力升高，压力较小的喷注孔会自动停止输入燃料。当爆震产物从尾喷管排出，燃烧室内压力小于喷注孔，则会继续输入燃料，进行下一轮爆燃——这就是“自增压”特性。
在其他发动机中，要使燃料与氧气充分混合，并达到快速反应的高温高压状态，需要用压缩机对氧气加压后输入燃烧室。但燃烧室产生的高压产物，会阻碍氧气的持续输入。旋转爆震发动机的自增压特性则很好地解决了这个问题，不必给燃料和氧化剂加压，随着爆震产物的产生与喷出，就能形成工作循环。
同时因为自增压特性，旋转爆震发动机不用引入压缩机等设计，不需多次多级对空气进行加工，较之传统发动机，结构更为简单紧凑，也降低了整体的质量。
发动机向外抛射燃烧产物获得反作用力，而燃烧产物具也具有一定质量，这些质量是由飞行器承载的。通常燃料的质量是飞行器有效负荷的36倍。因此，旋转爆震发动机轻便、结构紧凑的特性，使飞行器能增加负荷，携带更多燃料，从而增加航程，也能使其具备更多应用场景，如小型无人机等。
前景如何？
基于旋转爆震发动机的种种优势，这种发动机非常适合我国第六代战斗机的研发。
2023年中旬，央视七套国防军事“砺剑”栏目的节目“砺刃成器”，曝光了一款模拟的新型战机，这款战机采用了法国“幻影”2000的无尾布局，外形类似歼20。
但进气道在腹部，还能根据实际需求，改变机身的结构布局，切换机翼和尾翼的位置，变为前掠翼形态。此外，除了机身的创新设计，在空天动力方面，它所装载的就是当下最先进的旋转爆震发动机。
据介绍，在旋转爆震发动机的推进下，这款战机可以实现在大气层内的超高音速巡航，甚至能飞出大气层，到空间站巡航。也就是说，旋转爆震发动机的工作性质，能同时满足航空和航天的应用场景，涵盖从0-2马赫的低速到超高音速的飞行速度，即宽速域、跨空域。
现在我们已经完成了装载该发动机的小型无人机试飞，未来一段时间，很可能继续在无人飞机、靶机、靶弹上投入使用。进一步提升负荷并优化稳定性后，也可作为空天飞机、战机，甚至是火箭的动力装置。
以上所述，都是旋转爆震发动机单独工作的情况，而根据不同发动机的特点和具体应用需求，该发动机还可以与涡轮发动机、冲压发动机等构成组合循环发动机，扩展其工作范围。
据《南华早报》报道，科研人员正在研发一种将旋转爆震技术和斜爆震技术结合，满足不同速域的需求的组合式新型发动机，使飞机从0直接加速到16倍音速。
其中，两种发动机“串联”工作，当0—7马赫时，采用前半部分的旋转爆震发动机，7马赫以后，则启用斜爆震发动机，最高速度可达14—17马赫。
2017年的全球航天探索大会上，中国航天科工集团提出“腾云工程”，这项工程的主要目标，是在2030年之前，制造出能直接水平起飞、水平降落，多次重复往返于大气层，直至近地轨道的“空天飞机”。
从爆震发动机的研究趋势来看，或许腾云工程的顺利完成，人类往返于太空与陆地的科技奇迹，也是指日可待。
友情提示
本站部分转载文章，皆来自互联网，仅供参考及分享，并不用于任何商业用途；版权归原作者所有，如涉及作品内容、版权和其他问题，请与本网联系，我们将在第一时间删除内容！
联系邮箱：1042463605@qq.com