西北某地的一處飛行試驗場上,一架短小型的超音速無人機盤旋在空中,這次並不是傳統意義上的鴨式設計,而是外觀構造與SU-34有幾分相似,這台無人機飛航模式采用了推力向量控制,同時搭載了中國自主研發的一款新型吸氣式爆震發動機——FB-1。
FB-1爆震發動機是由哪項新技術研發而來,為什麽這款常規噴射式發動機會在零高度零速度下無法工作無法啟動,而FB-1爆震發動機卻能夠瞬間達到超音速沖出天際?
爆震發動機上天試驗。
據相關資料的詳細介紹,這架在西北地帶成功完成飛行試驗的無人機使用搭載的FB-1爆震發動機是全球首款爆震發動機進行有效研制後成功上天試驗。
噴射式發動機與渦輪噴射發動機的結構大致可以分為進氣口、壓縮級、燃燒室、渦輪以及噴管這五部份,這台FB-1發動機雖然也是同樣的結構,但是在燃燒室的環形管道分布上卻獨具亮點。
普通的噴射發動機會將翅膀下方或者尾部位置的進氣管輸入的空氣與噴油嘴噴出的燃油同步匯入燃燒腔體,然後點火混合空氣與燃油構成可ignite氣體,接下來會在相對穩定的壓力下經過渦輪激發,產生持續量的能量使得飛機繼續飛行。
而FB-1爆震發動機則采用的是一種叫做「旋轉爆震」的方法,它的工作原理是不將進氣口空氣直接匯入燃燒腔室,而是經過一個特殊的結構後再匯入。
這個特殊結構就是一個被稱為均勻器的裝置,均勻器有著獨特的結構可以將進氣口所吸收的空氣與噴油口中噴出的燃油混合儲存在旁邊的環形腔體進行均勻化處理,在均化狀態下,這些可ignite氣體被引入環形燃燒室,這時由於有著相對較高的能量密度,加上有著較高濃度的可ignite氣體,透過自催化點火,這個環形腔體內就會形成持續性大爆炸,同時有極強動能的大量沖擊波將動力向外噴發。
這種大規模且持久不斷的爆炸過程就構成了人們所稱之為「爆震」,FB-1爆震發動機正是這個原理驅動實踐高效能動力運轉的一種新型吸氣式旋轉爆震發動機,特別的是,在研發過程中工程師們設定了許多細節,從而讓FB-1不管是在低空還是高空,不管是在靜止還是飛行狀態中都能夠順利工作。
而眾多不可能性中的一個重大突破就是這樣,在進入噪點狀態之後,FB-1可以在零高度和零速度情況下啟動並快速達到超音速。
關於FB-1的研制工作還要追溯到1950年,當時中國有著多位在國外留學過並且回來進行建設工作的動力學專家,他們對國外一些細碎的研究進行整合,而且結合中國在航空航天領域的實用需求進行動力學研究,其中就重視起此項技術。
從此之後,由於美國有著強大的動力研究團隊且在旋轉爆震理論上有著大批次成果,因此中國透過多種途徑嘗試購買研究數據,但遺憾的是沒有歸功,因此中國科研人員只能從頭開始摸索。
中國新體制發動機前景廣闊。
經過將近半個世紀近60年的不斷探索與嘗試,中國最終在2016年成功制造出了一個全新的爆震發動機器材樣本,並且在此之後,經過不斷改良測試調整,FB-1成功實作了多種規模與類別的實驗,多次上天試驗並不斷取得好成績。
然而這樣一種聽起來十分高端又復雜感十足的科研,有許多網友開始疑惑其學術壁壘是否很高,非常值得一提的是,這項科技最初建立之時,中國科研工作者需要跨越物理和化學兩個學科領域進行研究。
其中,化學是動力學中最核心也最難以把握的一部份,要想將氣態化油與走進來的空氣迅速且完美結合才能形成高濃度高能量密度的可ignite成分,因此如何選擇合適濃度的油和合適成分的空氣,在此過程中要隨時關註自身容器溫控等細節,才能保證順利實作下一步更為困難也挑戰性更大的任務。
可喜的是,從事著這些工作的努力工作者都是人才,每個人身上都背負著國家和民族重托,更為人欣慰的是,中國現在已經基本在這一領域實作了自主研發獨占鰲頭。
那麽新體制發動機還有哪些優勢呢?
首先,相比於傳統噴射式發動機,中國研制的新型旋轉爆震發動機推重比要更高,因為旋轉爆震時間過程是一個持續不斷的爆炸過程,不像渦輪噴射那樣需要逐級輸送進氣,其所擁有的各個部件更加龐大,因此相對來說會占用飛機更多空間以及減少推力。
其次,因為沒有運動部件,因此中國研制的新型爆震發動機幾乎不需要維護,只要定期對外觀進行檢測清理,就可以保證它始終處於工作狀態,這樣會讓科研者產生更少人力物力負擔,也會讓飛行中機器發生故障風險降低。
未來無限可能。
目前中國在這項技術上已經走到了世界滿足前列,另外一些國家在此方面的研究仍處於起步階段,並遠遠落後於中國的發展水平,我們完全有可能在不久後的未來掌握更高級別成果。
除了民用以外,許多軍事戰用飛機構造上都存在著許多問題仍有待解決,例如戰鬥機飛到一定速度之後會因為空氣壓力而導致註油口在一定高度和特定速度下無法吸入空氣,這個現象被稱之為喘振現象,而現在有FB-1這樣一種新型動力學材料機械裝置,那麽這個問題將會被應對掉,因為FB-1能夠在飛行狀態下不受影響保持高效執行。
隨著科學技術不斷發展,FB-1這樣一種先進動力器材還有可能在未來的宇航飛機中被套用起來,在實作更高效率同時,還能夠對中國宇航事業進一步發展賦予積極助力。
隨著中國航空航天事業不斷發展壯大,有望迎來更新一代無線電遙控器以及人工智能系統研究成果運用到無人機領域,這樣一來,無人機將會有更強能力進行自主飛行,以及更加強大的任務靈活性,借助人工智能技術,無人機甚至能夠根據環境自我學習和適應,從而提高效率和成功率。
此外,FB-1這種新型旋轉爆震技術甚至還有可能會套用到民用航空領域,民用航空行業一直以來追求高效和低成本,如果將這種先進技術套用到民用航空中,那麽將會帶來更多商機,不論是客運還是貨運,都可能會實作更快、更省錢、更環保!
當然,一個國家的發展離不開國際之間的合作與競爭,引進一些新型動力器材技術可以加強國際間關系,同時也能促進各國間科研力量之間的發展與交流。
寫到最後
盡管目前中國在新型動力器材研發上處於領先地位,但這並不代表著其他國家就不會追趕上來,相反,他們甚至會因為中國這個先進成果開端,會得到新的靈感和方向,從而加速自身發展!
任何事物都有兩面性,不同國家間的競爭溝通都能促進科學技術的發展,我們要做的,就是緊跟時代步伐,永不停滯創新,一直走在科研探索的前沿!
用正能量吸引正能量,我們一起期待未來航空航天領域出現更多驚喜!