西北某地的一处飞行试验场上,一架短小型的超音速无人机盘旋在空中,这次并不是传统意义上的鸭式设计,而是外观构造与SU-34有几分相似,这台无人机飞行模式采用了推力矢量控制,同时搭载了我国自主研发的一款新型吸气式爆震发动机——FB-1。
FB-1爆震发动机是由哪项新技术研发而来,为什么这款常规喷气式发动机会在零高度零速度下无法工作无法启动,而FB-1爆震发动机却能够瞬间达到超音速冲出天际?
爆震发动机上天试验。
据相关资料的详细介绍,这架在西北地带成功完成飞行试验的无人机使用搭载的FB-1爆震发动机是全球首款爆震发动机进行有效研制后成功上天试验。
喷气式发动机与涡轮喷气发动机的结构大致可以分为进气口、压缩级、燃烧室、涡轮以及喷管这五部分,这台FB-1发动机虽然也是同样的结构,但是在燃烧室的环形管道分布上却独具亮点。
普通的喷气发动机会将翅膀下方或者尾部位置的进气管输入的空气与喷油嘴喷出的燃油同步导入燃烧腔体,然后点火混合空气与燃油构成可ignite气体,接下来会在相对稳定的压力下经过涡轮激发,产生持续量的能量使得飞机继续飞行。
而FB-1爆震发动机则采用的是一种叫做「旋转爆震」的方法,它的工作原理是不将进气口空气直接导入燃烧腔室,而是经过一个特殊的结构后再导入。
这个特殊结构就是一个被称为均匀器的装置,均匀器有着独特的结构可以将进气口所吸收的空气与喷油口中喷出的燃油混合储存在旁边的环形腔体进行均匀化处理,在均化状态下,这些可ignite气体被引入环形燃烧室,这时由于有着相对较高的能量密度,加上有着较高浓度的可ignite气体,通过自催化点火,这个环形腔体内就会形成持续性大爆炸,同时有极强动能的大量冲击波将动力向外喷发。
这种大规模且持久不断的爆炸过程就构成了人们所称之为「爆震」,FB-1爆震发动机正是这个原理驱动实践高效能动力运转的一种新型吸气式旋转爆震发动机,特别的是,在研发过程中工程师们设置了许多细节,从而让FB-1不管是在低空还是高空,不管是在静止还是飞行状态中都能够顺利工作。
而众多不可能性中的一个重大突破就是这样,在进入噪点状态之后,FB-1可以在零高度和零速度情况下启动并快速达到超音速。
关于FB-1的研制工作还要追溯到1950年,当时我国有着多位在国外留学过并且回来进行建设工作的动力学专家,他们对国外一些细碎的研究进行整合,而且结合中国在航空航天领域的实用需求进行动力学研究,其中就重视起此项技术。
从此之后,由于美国有着强大的动力研究团队且在旋转爆震理论上有着大批量成果,因此我国通过多种途径尝试购买研究数据,但遗憾的是没有归功,因此中国科研人员只能从头开始摸索。
我国新体制发动机前景广阔。
经过将近半个世纪近60年的不断探索与尝试,我国最终在2016年成功制造出了一个全新的爆震发动机设备样本,并且在此之后,经过不断改良测试调整,FB-1成功实现了多种规模与类型的实验,多次上天试验并不断取得好成绩。
然而这样一种听起来十分高端又复杂感十足的科研,有许多网友开始疑惑其学术壁垒是否很高,非常值得一提的是,这项科技最初建立之时,我国科研工作者需要跨越物理和化学两个学科领域进行研究。
其中,化学是动力学中最核心也最难以把握的一部分,要想将气态化油与走进来的空气迅速且完美结合才能形成高浓度高能量密度的可ignite成分,因此如何选择合适浓度的油和合适成分的空气,在此过程中要随时关注自身容器温控等细节,才能保证顺利实现下一步更为困难也挑战性更大的任务。
可喜的是,从事着这些工作的努力工作者都是人才,每个人身上都背负着国家和民族重托,更为人欣慰的是,我国现在已经基本在这一领域实现了自主研发独占鳌头。
那么新体制发动机还有哪些优势呢?
首先,相比于传统喷气式发动机,我国研制的新型旋转爆震发动机推重比要更高,因为旋转爆震时间过程是一个持续不断的爆炸过程,不像涡轮喷气那样需要逐级输送进气,其所拥有的各个部件更加庞大,因此相对来说会占用飞机更多空间以及减少推力。
其次,因为没有运动部件,因此我国研制的新型爆震发动机几乎不需要维护,只要定期对外观进行检测清理,就可以保证它始终处于工作状态,这样会让科研者产生更少人力物力负担,也会让飞行中机器发生故障风险降低。
未来无限可能。
目前我国在这项技术上已经走到了世界满足前列,另外一些国家在此方面的研究仍处于起步阶段,并远远落后于我国的发展水平,我们完全有可能在不久后的未来掌握更高级别成果。
除了民用以外,许多军事战用飞机构造上都存在着许多问题仍有待解决,例如战斗机飞到一定速度之后会因为空气压力而导致注油口在一定高度和特定速度下无法吸入空气,这个现象被称之为喘振现象,而现在有FB-1这样一种新型动力学材料机械装置,那么这个问题将会被应对掉,因为FB-1能够在飞行状态下不受影响保持高效运行。
随着科学技术不断发展,FB-1这样一种先进动力设备还有可能在未来的宇航飞机中被应用起来,在实现更高效率同时,还能够对我国宇航事业进一步发展赋予积极助力。
随着我国航空航天事业不断发展壮大,有望迎来更新一代无线电遥控器以及人工智能系统研究成果运用到无人机领域,这样一来,无人机将会有更强能力进行自主飞行,以及更加强大的任务灵活性,借助人工智能技术,无人机甚至能够根据环境自我学习和适应,从而提高效率和成功率。
此外,FB-1这种新型旋转爆震技术甚至还有可能会应用到民用航空领域,民用航空行业一直以来追求高效和低成本,如果将这种先进技术应用到民用航空中,那么将会带来更多商机,不论是客运还是货运,都可能会实现更快、更省钱、更环保!
当然,一个国家的发展离不开国际之间的合作与竞争,引进一些新型动力设备技术可以加强国际间关系,同时也能促进各国间科研力量之间的发展与交流。
写到最后
尽管目前我国在新型动力设备研发上处于领先地位,但这并不代表着其他国家就不会追赶上来,相反,他们甚至会因为中国这个先进成果开端,会得到新的灵感和方向,从而加速自身发展!
任何事物都有两面性,不同国家间的竞争沟通都能促进科学技术的发展,我们要做的,就是紧跟时代步伐,永不停滞创新,一直走在科研探索的前沿!
用正能量吸引正能量,我们一起期待未来航空航天领域出现更多惊喜!