冲压转子爆震发动机：工程师揭示爆震推进的概念

Josiah02 · 发表于 2024-12-4 23:43:04

爆震是一种超音速燃烧波，其特点是紧密耦合的化学反应释放能量所驱动的冲击波。它是典型的增压燃烧形式，能有效地将化学能转化为推力。利用爆震来提高热力学循环效率和增强航空航天推进系统性能的概念多年来一直是人们感兴趣的话题。
自20世纪50年代以来，多种类型的爆震发动机被提出，包括脉冲爆震发动机、斜爆震发动机和旋转爆震发动机，但这三类爆震发动机均存在推力连续性差、启动马赫数高、性能增益不足等问题，限制了爆震推进技术的广泛应用。
清华大学文浩程博士和王兵教授在近期《中国航空学报》上发表论文，提出了一种全新的爆震推进概念——冲压转子爆震发动机，有望突破上述爆震发动机的局限性。
“开发这种新型发动机的初衷是为了改进旋转爆震发动机的结构，”温博士说。“这一概念也受到了冲压转子压缩机的启发。”
冲压转子爆震发动机（简称RRDE）主要由带有叶片的旋转转子和静止机壳组成，转子上的叶片呈螺旋对称分布，可燃混合气在叶片间的变截面通道内发生压缩、爆震燃烧和膨胀。
作者对RRDE进行了初步的理论和数值研究，建立了理论模型，分析了推进性能与进气速度、转子轮缘速度、当量比等参数的关系，结果表明，对于化学计量的氢气/空气混合气，RRDE的总压增益可以超过3。
此外，还对RRDE典型结构进行了数值模拟，获得了发动机的特征流场和推进性能，模拟结果表明，在给定结构下爆震波可以在叶片内稳定保持平稳，并能适应一定范围内当量比等参数的变化。
“我们的研究主要验证了RRDE的性能优势和运行可行性。”温博士说。
作者认为RRDE具有结构简单紧凑、效率高、飞行马赫数适应范围广等优点，但也坦言RRDE的实现还面临着诸多挑战亟待解决，如爆轰波稳定机理、超声速边界层干扰、高速转子实现、热防护等。
王教授表示：“我们的团队正在对 RRDE 的关键科学和工程问题进行持续研究。”他们预计 RRDE未来可以为超音速飞行器提供高性能推进力。

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