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全新高超音速爆炸引擎可以让飞机速度达到17倍音速

2021-05-13 08:08 · 稿源:cnbeta

加州大学研究人员已经成功地点燃了一个新的高超音速爆炸引擎,它利用了持续的、被困的爆炸原始力量。这种新引擎提供的动力可以让飞机速度高达17倍音速。

加州大学的研究人员说,他们首次将持续爆炸固定在原地,将其巨大的能量转化为新的斜波爆炸发动机推力,可将飞机推进到17倍音速,有可能击败高超音速喷气式飞机。目前燃料与氧气的高温燃烧,是一种相对缓慢、安全和可控的释放化学能并将其转化为运动的方式,这种漂亮和平的燃烧形式支撑现代运输技术。但是,如果你想从单位燃料中释放出最大能量,你可以从爆炸中得到更好的回报。

爆炸通常是快速、混乱、破坏性的。它不一定需要氧气,只需要一种单一的爆炸材料和某种足以打破不稳定分子固定在一起化学键的能量。它放热产生冲击波,以超音速向外加速,释放出巨大的能量。60多年来,人们一直试图利用引爆原始力量,但事实证明利用爆炸能量非常困难,目前的脉冲引爆发动机以类似于脉冲喷气机的方式产生一系列重复的爆炸,而且已经在飞机上进行了测试。

现在,来自加州大学一个团队,包括去年制造旋转引爆发动机的一些研究人员,说他们已经成功地在世界范围内首次展示了一种难以捉摸的第三类引爆发动机,理论上可以让飞机飞行速度达到每小时13000英里(21000公里),或17倍音速。

这种驻波,或称斜波爆炸发动机(OWDE),旨在产生一个在空间中稳定和固定的连续爆炸,使之成为一个高效和可控的推进系统,使用更少燃料产生比目前技术允许的更多能量。UCF团队声称,它已经成功地在高超音速流动条件下稳定了爆炸波,使它保持在原地,而不是让它向上游移动(在那里它可能导致燃料源爆炸)或向下游移动(在那里它将失去其爆炸优势并熄灭成爆燃现象)。

为此,该团队建造了一个实验原型,它被称为高焓高超音速反应设施或简称为HyperReact。不到一米(3.3英尺)长的HyperReact可以被粗略地描述为一个空心管,分为三个部分,每个部分都有一个精确的内部形状。第一部分是一个350毫米(13.8英寸)的混合室,一个边长为45毫米(1.8英寸)的方形截面通道。在这里,一个预燃烧器点燃了预先与空气混合的氢气燃料。在预燃烧器射流周围还有四个空气通道,将气流加速到适当的速度。第二部分是一个收敛-发散(CD)喷嘴,一路有一个轴对称的方形截面。主燃料喷射器将99.99%的超高纯度氢燃料添加到热的、快速的、高压的空气中,在其进入CD喷嘴之前,该喷嘴迅速变细到9毫米(0.35英寸)高的喉部,然后再次发散到45毫米的方形空间当中。这种形状的设计是为了在进入最后的 "测试段 "之前将混合物加速到5.0马赫,在那里发生爆炸。

测试部分吸收了高超音速的空气/燃料混合物,并在方管的底面以30度角的坡道上运行。通过调整流速和空气/燃料混合物,研究小组能够找到操纵室中压力波相互作用的参数,以产生难以想象的效果,即一个以几乎保持静止且循环模式轻微波动的稳定、连续爆炸。

与关闭主燃料喷射器时测量的条件相比,斜坡后面的峰值压力高出2.7倍,喷嘴出口压力高出10.5倍。计算出的流速是给定混合物中自由传播正常爆炸的理论爆轰波速的99.7%。UCF公布的实验结果指出,采用这种引擎的飞机能够在6至17马赫之间飞行。以高达17马赫的速度进行高超音速航空旅行,纽约飞到洛杉矶不到30分钟,它还将使太空飞机能够有效地飞入轨道,而无需将自己绑在火箭助推器上。当然,这也可能对国家安全和全球核力量平衡产生一些重大影响。

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