雖然旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)仍需要花費(fèi)大量精力進(jìn)一步研究，但無(wú)疑，此類發(fā)動(dòng)機(jī)是一項(xiàng)著眼未來(lái)的重要突破性技術(shù)。

近期，美國(guó)海軍空戰(zhàn)中心武器部對(duì)一款保密中的新型導(dǎo)彈進(jìn)行測(cè)試，這款導(dǎo)彈最大的特點(diǎn)是采用旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)（RED）提供動(dòng)力，這似乎表明這種推進(jìn)系統(tǒng)在從概念轉(zhuǎn)化為實(shí)用方面取得了重大進(jìn)展。有關(guān)這款新型導(dǎo)彈的細(xì)節(jié)是在1月份的AIAA技術(shù)會(huì)議期間出現(xiàn)的，當(dāng)然，這種武器仍在高度保密當(dāng)中，其他細(xì)節(jié)很少被披露。

此類機(jī)密實(shí)用型號(hào)項(xiàng)目的出現(xiàn)表示美國(guó)國(guó)防領(lǐng)域早已進(jìn)行RDE技術(shù)的開(kāi)發(fā)活動(dòng)，尋求比現(xiàn)有高超聲速巡航導(dǎo)彈更小、成本更低的遠(yuǎn)程武器。

RDE集成在導(dǎo)彈上的設(shè)想圖，可以為中遠(yuǎn)程導(dǎo)彈提供高效推進(jìn)。

受到多國(guó)重視的RDE

旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)（RDE）的研究最早起源于20世紀(jì)60年代，最早由蘇聯(lián)學(xué)者提出。由于該類發(fā)動(dòng)機(jī)其只需一次起爆，避免了脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)（PDE）的很多固有難題，受到了很多國(guó)家的重視。

RDE在機(jī)械結(jié)構(gòu)上很簡(jiǎn)單，而且其熱力學(xué)效率可能會(huì)有躍遷式的變化，因?yàn)槿紵抑羞M(jìn)行的是定容燃燒，而不是像傳統(tǒng)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行定壓燃燒。此外，旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒過(guò)程可以采用超聲速爆轟形式進(jìn)行，也不是傳統(tǒng)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中的亞聲速燃燒。

RDE發(fā)動(dòng)機(jī)可實(shí)現(xiàn)增壓燃燒，而不是傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)在燃燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生壓力損失，這也是該技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)，理論上可提供高達(dá)15%的效率提升。在這方面，RDE也可能比諸如PDE在內(nèi)的大部分其他形式壓力增益燃燒更有效。

在RDE中，爆震波圍繞兩個(gè)同軸圓柱體間隙中的環(huán)形空間傳播，空氣燃料混合后被噴射出去，并被前一輪的燃燒所點(diǎn)燃，如果設(shè)計(jì)得當(dāng)，原本不穩(wěn)定的燃燒和點(diǎn)火過(guò)程將可自發(fā)維持下去。

在RDE和PDE之間，過(guò)去十年的研究越來(lái)越多地指出RDE更適合近期發(fā)展成實(shí)用推進(jìn)系統(tǒng)。與PDE相比，RDE只需很少的移動(dòng)部件和更簡(jiǎn)單的操作即可有效地進(jìn)行循環(huán)燃燒，而PDE需要在每次脈沖后對(duì)爆震室進(jìn)行吹掃和重新噴射燃料混合空氣。

早在2011年，歐洲MBDA公司就將RDE作為其未來(lái)超聲速巡航導(dǎo)彈“英仙座”的動(dòng)力裝置之一。2021年，日本航空航天探索局（JAXA）及其合作機(jī)構(gòu)在離地面約165千米處進(jìn)行了探空火箭飛行試驗(yàn)，火箭除主發(fā)動(dòng)機(jī)外，還包括一臺(tái)RDE和多臺(tái)脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)（PDE），每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)均產(chǎn)生了數(shù)秒正推力，并可在甲烷/氧氣環(huán)境下正常工作。

JAXA進(jìn)行的RDE測(cè)試，圖左側(cè)光環(huán)即為前文提到的RDE環(huán)形爆震室，正在點(diǎn)火工作。

俄羅斯在2016年開(kāi)展了使用液氧/煤油燃料的RDE樣機(jī)點(diǎn)火試驗(yàn)，試驗(yàn)共進(jìn)行了33次，爆震波旋轉(zhuǎn)頻率達(dá)到約20000赫茲，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)爆震并產(chǎn)生穩(wěn)定推力。2017年，俄羅斯科學(xué)院開(kāi)展了使用氫燃料的RDE樣機(jī)風(fēng)洞試驗(yàn)，試驗(yàn)最大比沖達(dá)到了3600秒。

美國(guó)近些年在RDE上的投入相對(duì)更多，且分工清晰、明確。在軍方、政府等相關(guān)部門的支持下，密歇根大學(xué)、普渡大學(xué)、阿拉巴馬大學(xué)、辛辛那提大學(xué)等高校主要圍繞旋轉(zhuǎn)爆震機(jī)理問(wèn)題開(kāi)展理論、數(shù)值模擬和試驗(yàn)研究；普惠公司、航空洛克達(dá)因公司、GE航空等企業(yè)主要圍繞工程實(shí)際開(kāi)展研究。目前為止，美國(guó)已經(jīng)完成了旋轉(zhuǎn)爆震機(jī)理驗(yàn)證、點(diǎn)火試驗(yàn)、RDE代替渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室、探索RDE減少污染物排放等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證。

AFRL對(duì)RDE復(fù)雜燃燒動(dòng)力學(xué)進(jìn)行研究，以支持演示驗(yàn)證機(jī)的開(kāi)發(fā)。

美國(guó)軍方密集授出RDE研發(fā)合同

在過(guò)去三年中，美國(guó)空軍實(shí)驗(yàn)室（AFRL）增加了四個(gè)RDE開(kāi)發(fā)項(xiàng)目：一款可在隱身戰(zhàn)斗機(jī)彈艙內(nèi)攜帶的、速度高達(dá)3倍聲速的空地導(dǎo)彈，采用液體燃料旋轉(zhuǎn)爆震沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)；一款采用固體燃料增壓燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)的空空導(dǎo)彈；一種可替代渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)加力燃燒段的RDE系統(tǒng)；以及自由噴射測(cè)試項(xiàng)目。

而據(jù)美國(guó)國(guó)部在2021年3月發(fā)布的一份簡(jiǎn)報(bào)，一款直徑約30厘米的液體燃料RDE沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)在2020年成功測(cè)試，并且為另一款直徑約48厘米的RDE發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試打下基礎(chǔ)。

2020年早些時(shí)候，DARPA授予雷神公司100萬(wàn)美元用于研究以RDE為動(dòng)力的巡航導(dǎo)彈概念。幾個(gè)月后，AFRL主導(dǎo)的“經(jīng)濟(jì)可承受任務(wù)先進(jìn)渦輪技術(shù)”（ATTAM）首次將RDE列為優(yōu)先發(fā)展方向并稱其“擁有最高優(yōu)先級(jí)”。

同時(shí)，AFRL授予普惠公司、GE航空各2.5億美元，授予航空洛克達(dá)因公司0.2億美元用于RDE的開(kāi)發(fā)和試驗(yàn)，三家公司的預(yù)計(jì)完成時(shí)間都為2026年。此外，普惠公司已于近期獲得了AFRL一份地面演示驗(yàn)證項(xiàng)目合同，用于開(kāi)發(fā)RDE，項(xiàng)目將與雷神導(dǎo)彈與防務(wù)公司、雷神技術(shù)研究中心共同執(zhí)行。普惠的這份合同將遵循其“鱷魚工廠”（GatorWorks）的快速開(kāi)發(fā)原則，而美國(guó)空軍現(xiàn)在提出的是較為緊迫的現(xiàn)實(shí)要求，客觀上也加速了普惠公司的工作步伐。

旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)現(xiàn)在正在一款新型導(dǎo)彈上進(jìn)行測(cè)試。

通過(guò)與雷神公司導(dǎo)彈防御部門的合作，普惠表示可以因此在系統(tǒng)層面上對(duì)技術(shù)進(jìn)行審視，不僅僅是“讓發(fā)動(dòng)機(jī)可以自行工作”，而是需要考慮組裝完整的推進(jìn)系統(tǒng)，最終使導(dǎo)彈飛起來(lái)。這是與之前的科研工作差異巨大的方面。

雖然仍未透露RDE發(fā)動(dòng)機(jī)的潛在尺寸或應(yīng)用細(xì)節(jié)，但普惠表示，新型動(dòng)力裝置旨在以更高的馬赫速度飛行，將使未來(lái)飛行器的設(shè)計(jì)和應(yīng)用成為可能，并將成為普惠高速發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品組合的一部分。

雖然普惠公司新獲得的合同技術(shù)細(xì)節(jié)未公開(kāi)，但也從側(cè)面證明美國(guó)正在大力發(fā)展理論基礎(chǔ)已經(jīng)較為成熟的RDE巡航導(dǎo)彈，且項(xiàng)目進(jìn)展較為順利。此前的研究也表明，定壓燃燒對(duì)于速度高達(dá)3倍聲速的沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的效率是有益的，而這一概念也適用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。相比與之前十分復(fù)雜的J58組合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，普惠發(fā)現(xiàn)RDE發(fā)動(dòng)機(jī)將更簡(jiǎn)單，也可以用于未來(lái)可用于5倍聲速飛行的Metacomet發(fā)動(dòng)機(jī)。

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