世界首创!「旋转爆震发动机引擎」启动

中央佛罗里达大学的一个团队与空军研究实验室的“旋转爆震火箭发动机”计划一起工作,声称已经建立并测试了工作实验室模型。

佛罗里达州一支与美国空军合作的团队声称,它已经建立并测试了旋转爆炸火箭发动机引擎的实验模型,该发动机模型利用环形通道内部的旋转爆炸来产生超高效推力。

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UCF团队生产了H2 O2旋转爆震发动机的连续点火原型,能够运行直到关闭燃料–以前认为不可能实现的壮举

当然,绝大多数发动机使用燃烧而不是爆炸来实现其输出。燃烧是一个相对缓慢且可控的过程,它是由燃料和氧气在高温下的反应所导致的,它作为一种技术已广为人知且成熟。

另一方面,爆炸是快速和混乱,并且难以预测的。爆炸而不是燃烧,是指当你通过以足够强大的冲击波的形式给它以能量(无论是电动还是动能)晃动将化学分子结合在一起时将其分解,从而获得大量能量破坏那些已有的稳定。当你要大量破坏东西时,起爆非常好,但要维持精确的控制就困难得多。

但是,当你需要打破地球重力的束缚并进入太空时,每克的重量会使事情变得更加艰巨和昂贵。爆炸所产生的燃料量远少于燃烧所释放的能量,因此燃烧产生的能量要大得多,因此60多年来,火箭科学家一直致力于将旋转爆炸火箭引擎作为减轻重量和增加推力的潜在方法。

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旋转爆震发动机机械上简单,动态上非常复杂,需要精确的正时和燃油输送率

从本质上讲,这样的装置从一个气缸开始,到另一个更大的气缸中,在它们之间有一个间隙和一些小孔或狭缝,爆破燃料混合物可以通过这些小孔或狭缝推动。某种形式的点火会在该环形间隙中产生爆震,这会产生将气体从环形通道的一端推出以产生相反方向的推力的气体。但是它还会产生一个冲击波,该冲击波以大约五倍于声速的速度在通道周围传播,如果在正确的时间在正确的位置添加燃料,该冲击波可用于以自持旋转的方式点燃更多的爆炸。

到目前为止,中央佛罗里达大学的一个团队与空军研究实验室的“旋转爆震火箭发动机”计划一起工作,声称已经建立并测试了工作实验室模型。这是一台3英寸的铜制试验台,使用氢和氧的混合物作为燃料,是用于高级火箭发动机的性能最高的火箭燃料。

UCF机械与航空航天工程系的助理教授卡里姆·艾哈迈德表示:“这项研究首次提出了在旋转引爆火箭发动机中安全、有效地燃烧氢氧推进剂的实验证据。”“爆炸持续不断,直到你切断燃料为止。我们已经测试了200 lbf,但推力随着推进剂质量流量线性增加。”

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这个三英寸的铜制试验台已经发展到200 lbf,但随着燃料的添加,推力将以线性方式增加

据研究人员称,这个秘密很简单。艾哈迈德说:“我们必须调整释放推进剂的射流的大小,以增强与本地氢氧混合物的混合。因此,当这种新鲜混合物发生旋转爆炸时,它仍会持续。因为如果成分混合物稍稍掉下,它将易于爆燃或缓慢燃烧而不是引爆。”

就在几个月前,许多美国火箭发动机专家公开宣布氢氧爆炸发动机是不可能的。但是,该论文提供了实验证据,毫无疑问地证明了旋转爆轰火箭发动机中正在发生氧气和氢气的爆炸。

这项研究的合作者,空军研究实验室的旋转爆炸火箭发动机计划的负责人威廉·哈格斯说:“这些研究结果已经在国际研究界产生了影响。由于这些结果,现在有几个项目正在重新检查旋转爆轰火箭发动机内的氢爆燃烧。我很荣幸能参与这项高质量的研究。”

艾哈迈德表示,这种发动机设计正在评估,可以替代1962年首次研发的Aerojet Rocketdyne的RL-10火箭。AtlasV和Delta IV火箭的上层仍在生产现代版本,其他版本正在研发中探索,OmegA和Vulcan火箭的研发,但经过验证的旋转爆震火箭发动机可能会真正改变游戏规则。美国空军的目标是到2025年进行火箭发射飞行测试,我们正在为实现这一目标做出贡献。

尽管空间推进是这项研究的主要推动力,但在其他情况下,如果高功率和低燃料消耗可能会产生很大的不同,它也有潜在的地面用途。海军研究实验室在2012年估计,如果对旋转起爆发动机进行替代,以取代运行其100艘大型舰艇的燃气涡轮发动机,则每年可为海军节省20%至20亿美元的燃油费用,节省15-20%的费用。它们也可能用于超音速和超音速飞行,甚至用于发电,该设计也有可能作为升压级发动机,但需要不同类型的推进剂。

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