三体3中城中心提出了一种利用核弹推进太阳帆的脉冲发动机,称为核脉冲发动机。这个想法最早出现在20世纪70年代,当时火箭每隔一段时间投掷一枚包裹在塑料外壳中的核弹,核弹爆炸,汽化的塑料形成冲击波,从而推动火箭前进。
爆炸驱动脉冲爆震发动机
脉冲爆震发动机的工作原理是将燃料和氧化剂混合并点燃。只要两次爆炸之间的时间足够短,爆炸就可以一次又一次地继续。类似于发动机的冲程,爆炸过程中产生的高温高压气体可以用来形成非常强的连续射流,产生巨大的动力!
爆轰燃烧的研究可以追溯到20世纪40年代。然而,由于这种燃烧过程的不稳定性以及缺乏理论计算和实验诊断方法,一直没有取得突破。直到20世纪80年代中期,随着燃烧计算方法和实验诊断技术的发展,脉冲爆震发动机才开始再次受到人们的重视!
涡轮发动机、冲压发动机、脉冲爆震发动机
涡轮发动机主要由涡轮和涡扇组成,利用高速旋转的叶片将空气体压缩后与雾化燃料混合燃烧形成发动机喷流。因为这台发动机结构复杂,重量大,所以发动机的燃烧效率不高!
冲压发动机可以看作是涡轮发动机的另一个极端。它可以在管状空空间内与燃料混合燃烧,产生大量射流。虽然其结构简单轻便,但非常适合高速飞行推进;但是,有一个巨大的缺陷。发动机低速启动,独立加速是不可能的。必须与其他发动机匹配使用。现在许多导弹使用火箭和冲压发动机的组合。火箭作为早期加速,速度足够时点燃冲压发动机!
脉冲爆震发动机结构和原理相当简单,没有复杂的转子结构,与冲压发动机非常相似。与冲压发动机相比,它在静止状态下仍能产生有效推力,能独立推动飞机完成从起飞到超音速的飞行,这是冲压发动机无法企及的!
正是因为它在原理上有相当多的突出优势,在应用前景上有很大的想象空;近几十年来,一直是各航空公司空强国研究的关键技术路线。
近日,俄罗斯发动机开发公司Rostek在官网宣布,公司研发的新型脉冲爆震发动机已进入第一阶段测试。这种发动机可以在一些特定的条件下使用,它可以提供比传统发动机高50%的推力水平。
巨大的推重比
脉冲爆震发动机热效率高,结构简单。理论上推重比可以超过20,油耗率明显低于目前的涡扇发动机。
在一般的设计方案中,在涡扇发动机的加力燃烧室中安装一台多管设计的脉冲爆震发动机,既可以是吸气式,也可以是带有氧化剂的火箭脉冲爆震发动机,这意味着它也可以在too 空环境中飞行。它不仅可以单独使用,还可以作为一种增强设计,可以集成到现有的传统发动机中,以实现显著的性能提升——例如,它可以安装在战斗机发动机的加力燃烧室中,也可以安装在大涵道比发动机的外涵道中。
脉冲爆震发动机设计的严重限制
一般发动机最忌讳的就是爆震。有的车撞出站,可能直接导致发动机损坏。原因是爆震产生的巨大能量完全突破了现有发动机的设计水平,即现有发动机结构水平不足以支撑连续爆震燃烧带来的严格要求。
脉冲爆震发动机工作时,温度和压力的跨度变化很大,温度瞬间从几十度跨越到2000度,压力也是如此。为了形成持续的推力,爆轰室每秒至少需要进行数百次爆炸循环。
现有技术材料的设计无法承受如此剧烈的爆震,但为了承受反复的高温高压冲击,必须增加发动机的体积和重量,这违背了脉冲爆震发动机结构简单的优势!
振动和噪音大
即使发动机解决了自身的问题,这种高频爆轰产生的振动也必然会对飞机平台产生影响——传递到整架飞机的振动肯定远比现有各种连续燃烧原理的发动机更为剧烈,飞机结构、可靠性和载人舒适性带来的挑战确实是前所未有的。
另一个原则上极难解决的问题是爆燃发动机的噪音太剧烈,简单理解就是连续爆炸,不可能降低噪音!也限制了这款发动机只能用于军事用途,不能用于民用领域!
虽然脉冲爆震发动机有许多理论上的优势,但迄今为止还没有一个实用的模型。2008年在美国测试的脉冲爆震发动机演示器是在Long-EZ载人飞机的基础上改进而来的。下面是发动机吊舱,在试飞时震动剧烈,噪音达到接近200分贝的可怕水平!
摘要
20多年前,美军提出了一个Leona项目。据说这架战略侦察机的体积接近100吨,飞行高度在50公里到100公里之间。没有反导弹拦截,因为飞得太高,只能用战略激光摇她。当利昂娜飞行时,她的尾流不是直线,而是像葫芦一样的大大小小的喷气式飞机。之所以会这样,是因为Leona采用了外界不知道的脉冲爆震发动机!这种发动机不同于普通的航空发动机
后来发现,所谓的曙光女神计划很可能是美国星球大战福吉计划的一部分。它甚至没有模型,但如果拿出来忽悠苏联,可能是苏联真的当真了。敢忽悠前苏联!
传统火箭发动机的性能提升一直受限于燃油泵的功率,而脉冲爆震发动机对燃油泵的要求非常低,重点在于燃烧室的设计。爆轰发动机最大的优点是可以从0加速到10马赫,弥补了喷气发动机和冲压发动机的不足。虽然美国在这方面进行了尝试,但这次俄罗斯并不认为自己积累发动机技术比较早,黑科技也不亚于美国。这方面在国内比较冷门,肯定有人在研究!