中国一个研究团队研发的斜爆震发动机,在超级风洞里成功完成了全程点火飞行测试。速度跨度是从6马赫一直加速到16马赫……折合下来,时速接近2万公里。这款发动机性能强悍,中国实现了这一突破。
全程燃烧非常稳定,没出现任何喘振现象,振动值也在正常范围之内。更令人惊叹的是,这台发动机使用的不是昂贵的液氢,而是普通的航空煤油。这种低价高能的组合!很多人或许没概念,这其实是航空动力领域的一次重大革新。
人类飞行器难以超音速飞行的难题
要明白这件事的深远意义,首先需要了解一个问题:人类的飞行器为何难以飞得更快呢?答案藏在特定的"速度断层"之中。
目前我们制造的航空发动机大致可以分为三类:
第一类,涡扇机和涡喷发动机。它们是民航客机和战斗机的主流配置。依靠风扇压缩空气、混合燃料燃烧后向后喷射产生推力。这类发动机成熟可靠、燃油经济性高。但有个明显的限制……速度达到3.5马赫左右时,风扇叶片就会不堪重负。超音速气流会让叶片变成"刹车片",转速越高阻力越大。
第二类,冲压发动机。这类发动机没有风扇,完全依靠飞行速度本身来压缩空气。结构相对简单,理论上速度可以很快。但有个关键的前提……飞行速度必须超过2.5马赫,进气量才足够大,燃烧才能正常进行。冲压发动机不能从静止状态启动,必须借助其他发动机先将其加速到足够高的速度。而且冲压发动机的速度上限大约在8到10马赫,再快燃烧就会变得不稳定。
第三类,火箭发动机。这类发动机不依赖外界吸气,自带氧化剂,速度可以随心所欲调整。理论上能达到32马赫甚至更高。但代价是……必须携带全部氧化剂。火箭大部分重量都是燃料和氧化剂,整体效率极低。而且无法在大气层内长时间巡航。
看清楚吗?涡扇发动机能到3.5马赫。冲压发动机能达到8到10马赫。火箭可以覆盖从0到32马赫的整个范围,但代价高昂、体积笨重。那么从10马赫到30马赫之间呢?这个区间,正是空天飞机、高超音速巡航飞行器,甚至可以认为未来第七代战斗机最需要的。目前全球范围内,没有一种吸气式发动机能在这一段稳定工作。这就是航空动力领域著名的"死亡区间"。
斜爆震:专为填补死亡区间设计的发动机
斜爆震发动机(英文全称Oblique Detonation Engine,缩写ODE),这个名字听起来就很硬核。其工作原理可以解释得非常直观。
普通发动机是"渐进式燃烧"……燃料和空气混合后,平稳燃烧并逐步膨胀,最终向后喷射产生推力。这种方式属于等压燃烧。效率存在上限,当压力还未达到最高点时,气体就已经开始膨胀排出。
斜爆震发动机则是"爆发式燃烧"……燃料和空气混合后,不是逐渐点燃,而是通过激波直接"引爆"(这就是它令人称奇的地方)。爆炸产生的冲击波以超音速传播,在极短时间内释放出巨大能量。这种燃烧方式被称为等容燃烧……在一个几乎恒定的体积里瞬间完成燃烧,热效率远超渐进式燃烧。斜爆震的燃烧做功效率可以达到70%以上,是普通涡扇发动机的两倍多。
理解"斜"的含义是什么?常规爆震中,爆震波垂直于气流方向,像一堵墙垂直放在管子里。而斜爆震的爆震波是倾斜的,像一道斜向插入气流的刀刃。这道"刀刃"一边压缩气流,一边完成点火和燃烧,整个过程一气呵成。
斜爆震发动机结构简单到令人震惊……本质上就是一根特殊设计的管子。没有风扇,没有涡轮,也没有压气机。所有传统的复杂运动部件都被取消。简单不等于容易实现。实际上,斜爆震难度是三种爆震发动机(脉冲爆震、旋转爆震、斜爆震)中最高的。你需要让那道倾斜的爆震波"稳稳站立"在固定位置……当气流以数倍音速冲入时,爆震波必须保持精确的角度和位置,时机必须恰到好处,早一点或晚一点都不行。稍有偏差,要么导致熄火,要么引发爆炸失控。这个控制难度,就像是在瀑布中让一片树叶静止悬浮。过去几十年里,全球众多研究团队都尝试过,却未能真正攻克。
此次中国研究团队的突破在哪里?
中国团队在超级风洞中实现了斜爆震发动机的全程点火,几个关键细节值得关注:
首先,测试覆盖的速度范围极广。从6马赫持续加速到16马赫,全程燃烧稳定、做功持续有力,没有出现任何喘振现象,也没有任何不正常的振动出现。









