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关于爆震发动机

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最近吧里有关爆震发动机飞行的帖子不少。不过都是将航迹云误认成发动机尾焰。所以,我跑去查了一些关于爆震发动机的概念,这里总结一下,供大家参考。
一、爆震发动机的概念
脉冲爆震发动机是一种基于爆震燃烧的新概念发动机,它在燃烧室内直接利用爆震燃烧产生的爆震波来压缩气体,进而产生动力。爆震燃烧产生的爆震波使可爆燃料的压力、温度迅速升高(压力可高达100个大气压,温度可达2000℃)。因此,爆震燃烧的发动机可以不用传统的压气机和涡轮部件就达到对气体进行压缩的目的,使结构大大简化,成本大大降低。
二、航空、航天发动机的基本原理
不管是啥发动机,产生推力都是同一个原理——动量反冲。推力装置(只要是以气体为推进剂)都绕不开一个结构——拉瓦尔管。
拉瓦尔管气流喷射速度,(在不考虑气流温度对音速影响情况下)取决于入口压力与出口压力比。出口压力一般可取当地大气压或海平面大气压。毕竟发动机出口压力比大气压小太多的话,会有推力损失。所以,尾气喷射速度由燃烧室室压决定。
对于航空发动机,这个压力则是发动机涡轮后压力,或者可以认为由压气机增压值决定。
不论哪种情况,“压力”是火箭和航空发动机性能最重要的影响因素。
三、发动机压力比较
航空发动机压气机增压值,一般在6-9之间,最优秀的能达到15-20。也就是在0.6-2.0MPa之间。
火箭发动机,燃烧室室压通常在2MPa-38MPa之间,远高于航空发动机。这也是航空发动机扩张段通常很小,甚至没有扩张段,而航天发动机(海平面版)扩张段直径很大的原因。
爆震发动机,爆震时可达到100倍大气压,也就是10MP水平。这对于航空发动机来说是个超级巨大的突破,但对于航天发动机来说真的“不够看”。
四、两种爆震发动机工作原理和优缺点
第一种、脉冲爆震发动机。
通过爆震燃烧,实现气体瞬间燃烧增压,利用等容升温,理论可实现49%的高热力学效率。但缺点是动力不连续。需要采用高频脉冲(80-200Hz)才能实现推力连续输出。并且由于各种损失,平均热力学效率与传统航空发动机差别不大。不过由于爆震燃烧可以实现自增压,可极大简化压气机结构,甚至取消压气机,实现类似于冲压发动机的效果。可谓航空发动机福音。
第二种、旋转爆震发动机。
将脉冲爆震发动机的爆震传播方向从轴向改为沿径向旋转,燃气在径向旋转过程中膨胀形成轴向流动。优点是燃料(氧化剂/空气)可以连续注入,由爆震波的反压实现注入的启停,进一步简化控制结构。爆震频率极高,热效率高,燃气连续性好。
五、尾迹表现
关于尾迹,我在另外一个帖子中有分析过,凝迹云、火箭发动机尾焰、航空发动机尾焰。不管哪种发动机,尾焰都非常短,目前最长的也不过200米左右。这在天空大背景下,基本上属于“看不出来”或“兔子尾巴”的程度。所有“长长的尾迹”都是凝迹云。
爆震发动机能否“改变”这一结果呢?
显然是不能。爆震发动机,改变的只是燃烧室中燃料燃烧模式。甚至于由于爆震燃烧更迅速,燃烧效率更高,喷出的尾气“继续燃烧”的效应将更小。结果就是——爆震发动机尾焰长度比传统发动机将更短。
【这里特别说明一点,关于发光问题】
当物质的温度升高时,其发射的光频率也会变高,当频率进入可见波段时,物质进入红热状态,大约需要600摄氏度。随着温度继续上升,物质的颜色随着可见光谱由红向蓝移动,当颜色变为亮白时,进入白炽状态,大约需要1200摄氏度。气体膨胀做功,温度下降,喷出尾喷管时已经很难达到白炽温度。所以尾焰主要是燃烧发光而非高温发光。再加上爆轰发动机燃烧更充分,喷气尾焰反而更短。


IP属地:河北来自Android客户端1楼2025-01-04 14:31回复
    有一些误区
    爆震是将(近似)定压燃烧转化为定容燃烧,所以能自增压,最终压强不是固定值而是取决于混合气。
    虽然老德意志正万字旗的飞行器用过不需要带压气机的吸气式脉冲爆震,但是性能很差远不如正常的涡喷,以现在的生产力是没必要造这种丐版发动机的。
    而旋转爆震更加无法省略增压装置,否则燃烧室反压会导致根本无法进气。


    IP属地:湖北来自Android客户端2楼2025-01-04 19:28
    收起回复
      2025-08-01 01:08:00
      广告
      不感兴趣
      开通SVIP免广告
      可以利用爆震造小型涡轮发动机玩具。


      IP属地:陕西来自Android客户端3楼2025-01-04 20:15
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        可以去抖音上看看萌萌战队的视频,更直观一点


        IP属地:河北来自Android客户端4楼2025-01-05 10:31
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