定容爆震,航空涡轮发动机的创新在哪里?

1939年,英国剑桥大学惠透实验室造出第一台航空涡轮发动机以来,这种机型就以迅雷不及掩耳之势占据了航空发动机的大舞台,称霸至今。早在上世纪五十年代,人们就提出“取代航空涡轮发动机的下一代机型是什么”的问题,时至今日仍未得到回答。

历久不衰的未来机种是定容爆震涡轮发动机

以等压燃烧为基本模式的航空涡轮发动机的发展,沿着提高压比和涡轮前温度来提高发动机性能的基调,也逐渐逼近人类制造技术所能达到的上限。与此同时,诸如涡桨、涡扇、间冷、变循环、涡轮级间燃烧等形形色色的等压燃烧涡轮发动机的衍生方案也纷纷登台表演,以图延伸等压燃烧机型的寿限。世间万事万物皆不能脱开“成、住、坏、空”的天道规律,等压燃烧航空涡轮发动机亦是如是。在吸气式航空发动机未来发展的历史长河里高瞻远瞩,就会看到:等压燃烧航空涡轮发动机竟然是在初期发展阶段里稍纵即逝的短暂机种,历久不衰的未来机种是定容爆震涡轮发动机!追随美国人搞定压燃烧的变循环发动机也仍然摆脱不了跟踪仿制的老路,不会改变落后的总体局面。

定容爆震涡轮发动机的核心是气动封闭的爆震燃烧室,配以爆震波增压的直线冲压压气机或是旋转聚压压气机、爆震波涡轮、爆震波截流激波尾喷增推系统等,使整台发动机成为整体爆震谐振体系,以发挥高效、高推重比、高低速皆宜的超越性能,成为今后数百年的航空吸气发动机新霸主。


定容爆震涡轮发动机的超越性能的获得基于热力学的重大基础原理突破

定容爆震涡轮发动机的超越性能的获得,并非向壁虚构的空中楼阁,而是基于气动——热力学的重大基础原理突破。2013年12月,日本早稻田大学的研究人员宣称,在内燃机燃烧室内同时击发有间距的两个点火塞,所产生的两个爆炸燃气团的相撞,使内燃机的热效率提高了一倍。早稻田大学的研究人员虽然没有从物理本质上揭根露底,在工程实用的路上还有未尽之处,但这一实验现象中实际蕴含了气动力学——热力学的重大原理突破:爆震波相撞将使构成气体原子的最小物质粒子——单奇子的实态时间缩短而释放效应能量!这一重大突破性原理在定容爆震涡轮发动机的具体应用,便是爆震压气机、爆震燃烧室、爆震波涡轮、爆震截流尾喷管,以及其总成——整体爆震谐振涡轮发动机。

航空定容爆震涡轮发动机将把吸气式航空涡轮发动机带入海阔天空的新时代

航空定容爆震涡轮发动机将在本世纪二十年代问世,并历久不衰。在吸气式航空发动机的大舞台上,航空涡轮发动机将延续它的霸主地位达数百年之久,但不是现行的即将退居次要角色的定容燃烧的航空涡轮发动机,而是航空定容爆震整体谐振涡轮发动机。这种发动机还会产生诸多的衍生变种而获得更多的超越性能,把吸气式航空涡轮发动机带入海阔天空的新时代。

编辑:纪阿黎

(专家:高歌,北京航空航天大学能源与动力工程学院教授、博导;航空发动机及流体力学专家,科普中国微平台原创首发)