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10噸到100噸推力的節(jié)流火箭發(fā)動機(jī),能不能部分代替普通航發(fā)?

2020-07-23 03:42 作者:瀚海狼山  | 我要投稿



人類發(fā)明飛機(jī)以來的100多年,航空發(fā)動機(jī)一直都是確保安全飛行的關(guān)鍵。從最早的12馬力的單缸汽油機(jī)一直到1000多馬力的梅林發(fā)動機(jī),都是活塞式的。到二戰(zhàn)后期才逐步發(fā)明了渦輪噴氣機(jī),后來的渦噴、渦扇、渦軸和渦槳都是渦輪機(jī)的變形。現(xiàn)在最大推力的渦扇發(fā)動機(jī)可以做到接近60噸海平面推力,這個力度已經(jīng)非常可觀。2臺就可以確保400噸級的大飛機(jī)安全飛行2萬公里。這些所有的航發(fā)都有一個共同的特點(diǎn),就是都需要吸收大氣層中氧氣,用所謂氧化劑燃燒攜帶的燃料做功。不過因?yàn)橐昭鯕?,?dǎo)致航發(fā)的極限性能也受到了限制。第一就是飛行高度一般不超過40公里,即使吸氣的沖壓發(fā)動機(jī),最高也只不過可以在60公里左右平飛。飛的再高,外界的氧氣過于稀薄,已經(jīng)不支持燃燒了。第二個問題,和第一個問題是關(guān)聯(lián)的;因?yàn)橐鼩?,就要有進(jìn)氣道。

進(jìn)氣道本身和內(nèi)部的風(fēng)扇、壓氣機(jī)、燃燒室和渦輪,最終都是高速飛行阻力物體。而吸氣飛行必須在40公里以下的大氣層底部,本身氣動阻力就很大。這導(dǎo)致渦輪發(fā)動機(jī)一類的飛行物極限速度很難超過4馬赫。即使沖壓發(fā)動機(jī)飛行物也很難超過6馬赫。想更高更快的飛行。過去似乎唯一可借助的就是火箭發(fā)動機(jī)?;鸺l(fā)動機(jī)可以做的很小,比如推動鉆天猴煙花上天的原始固體火箭;也可以做的很大,最大的單臺液體大火箭發(fā)動機(jī)可以做到推力600噸級,是最大推力航發(fā)的10倍以上。而且火箭自帶燃料和氧化劑,在大氣層內(nèi)外都可以自由飛行。不過過去的大多數(shù)火箭發(fā)動機(jī),不管固體和液體,都是一次性使用;和重復(fù)使用幾萬個小時的航空發(fā)動機(jī)似乎不太沾邊。不過這種井水不犯河水,瀚海狼山(匈奴狼山)認(rèn)為在新的科技發(fā)展趨勢下,有了本質(zhì)性的變化,兩者開始有越來越明顯的交集。


首先就是人類對飛行器的要求越來越高。大氣層內(nèi)外的飛行的界限越來越模糊。對6代和7代戰(zhàn)機(jī)來說,高空高速而且是超高空和超高速已經(jīng)成為發(fā)展大方向,因此就模糊了普通飛機(jī)和空天飛機(jī)的界限。在這方面,普通的渦輪吸氣式發(fā)動機(jī)的局限性就越來越明顯。而沖壓發(fā)動機(jī),震爆脈沖發(fā)動機(jī)和其他幾種類型的有氧發(fā)動機(jī)短時間內(nèi)突破的概率都不算太高。而現(xiàn)在已經(jīng)是成熟技術(shù)的節(jié)流火箭發(fā)動機(jī)倒是運(yùn)行的越來越普遍。如果不了解什么是節(jié)流火箭,那么看看現(xiàn)在非?;鸬闹貜?fù)利用的液體火箭和月球表面軟著陸成功的關(guān)鍵,都是節(jié)流火箭發(fā)動機(jī)技術(shù)。節(jié)流火箭發(fā)動機(jī)是變推力火箭中的一種。也是目前最成熟的變推力火箭技術(shù)流派。節(jié)流火箭技術(shù)除了可以實(shí)現(xiàn)發(fā)射衛(wèi)星大火箭的一二級回收和軟著陸外星,更關(guān)鍵的因素是這種火箭發(fā)動機(jī)可以重復(fù)利用。目前可以實(shí)現(xiàn)重新裝填液體燃料和氧化劑,重復(fù)利用十幾次,未來進(jìn)一步提高技術(shù),利用上百次估計都沒有太大問題??芍貜?fù)利用的次數(shù)越多,


實(shí)際上就已經(jīng)越來越接近傳統(tǒng)的渦輪噴氣發(fā)動機(jī)。因?yàn)樵缙诘暮芏鄳?zhàn)斗機(jī)上的渦噴和渦扇,也不過用一兩百個小時就必須更換整臺發(fā)動機(jī)??芍貜?fù)利用的節(jié)流火箭發(fā)動機(jī)的先天優(yōu)勢是普通的渦噴和渦扇完全不能比的。其推力可以從幾噸級一直變化到百噸級,可在大氣層內(nèi)外自由穿梭,是目前所有其他類型的發(fā)動機(jī)都做不到。而且因?yàn)楣?jié)流技術(shù),加滿燃料和氧化劑可以持續(xù)燃燒數(shù)個小時,足夠一次往返洲際任務(wù)了。WZ8的發(fā)動機(jī),很可能就是節(jié)流火箭發(fā)動機(jī)運(yùn)行到近常規(guī)飛行器上的第一次成功嘗試,今后必然會有更大的發(fā)展。


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