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旋转爆震发动机的飞行探索

发布日期:2015-10-06

动力更大,无运动部件:旋转爆震发动机的飞行探索

经过数十年的研究,测试推进了创新引擎以改进航空航天效应 

工程师们聚集在康涅狄格州的一个实验室,站在测试室外聆听。

里面是所谓的旋转爆震发动机——一种新型推进系统,他们的同行、同事和前辈几十年来一直在研究和理论化。

 

他们听着发动机轰隆隆地启动,然后看向附近的电脑显示器。震动的声音和电脑屏幕上的数据流证实,经过多次测试和迭代,该团队已成功大规模制造出一款此前仅存在于纸上和小型原型中的发动机。

此次测试标志着 RTX 在先进推进领域取得的重大胜利,这是公司各领域的专家结合高度专业知识创造出原本不可能实现的技术的众多领域之一。

 

引擎的研发始于 RTX 技术研究中心,该中心完成了大部分基础工作,这些工作最终会融入到公司的先进产品和系统中。 

在那里,该团队利用先进的建模和专门的设施取得了他们的前辈在 20 世纪 60 年代只能梦想的进展,当时他们必须依靠胶片来捕捉测试数据。 

例如,该中心拥有喷气燃烧器测试台,这是美国少数几个能够达到模拟高速飞行的气流速率、温度和压力的测试设施之一。

“我们拥有全国罕见的设施能力,并吸引了大量知识分子来完成此类实验,”自 2011 年以来一直在该中心从事 RDE 工作的克里斯格林 (Chris Greene) 表示。“我们的设施和人员都有动力进一步发展这项技术。”

 

在 RTRC 进行了一系列合同设计和测试十年后,普惠公司获得了美国空军研究实验室的合同,与 RTRC 和雷神公司合作开发用于效应器的旋转爆震发动机。该合同促成了最新的开发和性能测试。

这项工作展示了 RTX 在创新方面的一个关键优势:跨三个业务的广泛技术专长组合以及它们之间的协作能力。RTRC 完成了前期工作,然后与原始发动机制造商普惠公司合作,将其发展成为一个系统,该系统有朝一日可以为新一代效应器提供动力,例如雷神公司设计和开发的导弹。

 

我们已经将这项技术从学术环境带入了实际应用,”普惠公司 GATORWORKS 开发团队负责人 Chris Hugill 表示。他表示,美国政府的支持以及内部投资将继续发挥重要作用。“我们最新的测试结果超出了预期,随着我们逐步进行全系统地面测试和飞行器飞行测试,这些结果为进一步投资提供了有力的依据。”

旋转爆震发动机对军方大有裨益。这种发动机效率高、功率密度高,体积小,可容纳更多燃料、传感器和有效载荷。射程的增加使其能够打击更远距离的目标,简单的设计只需要很少的零件,并保证了生产成本效益。

那么,为什么它们现在还没有投入生产呢?

“这听起来很简单,但要让物理原理发挥作用却并非易事,”普惠公司先进军用发动机首席工程师史蒂文·伯德 (Steven Burd) 表示。“当你真正试图让设计在正确的燃料和正确的操作条件下始终如一地按照你的意愿行事时,这就是挑战。”

完善设计

该团队必须克服两个主要障碍。

首先,燃料喷射必须完美。要产生有效的爆震波,需要空气和燃料精确混合和喷射。燃料太多,爆震波可能无法发挥作用或不省油。燃料太少,爆震波可能不会点燃——即使点燃了,也不够坚固,无法充分发挥设计的优势。

“所以,如果你做错了,你就是在白费力气,”伯德说。“找到能反复给你带来你想要的条件的东西是一门艺术。”

第二个挑战是设计和制造新系统的零件。

包括增材制造在内的先进技术使得制造出具有不同寻常规格的耐用测试件成为可能,然后快速进行更改。同样,先进的基于物理的建模指导了团队的设计——每次测试都会为他们提供数据以输入模型,从而使模型随着时间的推移变得更加智能。

“你正在创造新事物,这真的令人兴奋,”伯德说。“有太多未知数。在这种情况下,关键是要将优秀的工程人才聚集在一起,做出最佳选择。”

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