美国发动机大厂奇异公司近期公布全球首款“双模式”冲压发动机测试成功,这款发动机结合旋转爆震发动机设计,使未来极音速武器可避免现有滑翔弹体和冲压发动机缺点,达到更长射程和机动性。
极音速武器近年来成为世界各国积极开发的重点武器之一,主要就是超过五马赫以上的速度,对于现有防空系统而言是极大挑战。
但是极音速武器要达到超过五马赫以上速度,也面临许多技术挑战,包括弹体和发动机材质耐热程度、高速飞行与空气摩擦造成的等离子层阻碍通讯等问题。
而目前极音速武器解决方式,多是以滑翔弹体设计,透过火箭推进器将弹体推向阻力稀薄的高空,再透过重力与惯性让弹体滑翔达到极因素与机动性,但这也使得射程受到比较大的限制。
另一种设计则是超音速冲压发动机(Scramjet),冲压发动机本身没有活动的部分,气流从前端进气口进入发动机之后,利用进气道截面积的变化,让高速气流降低速度,并提高气体压力。
压缩后的气体进入燃烧室,与燃料混合后燃烧,由于冲压发动机维持运作的一个重要条件就是高速气流源源不决的从前方进入,因此发动机无法在低速或者是静止下继续运作,因此冲压极音速飞弹仍然需要火箭推进器将弹体加速到够快直到冲压发动机能有效作动。
为了改善上述两种推进方式缺点,奇异公司(GE)开发出极音速“双模式冲压发动机”(Dual-Mode Ramjet,DMRJ),在冲压发动机内应用爆震发动机(Rotating Detonation Combustion,RDC)的原理,燃油和空气在内部两条同轴汽缸内,在中央的环形间隙中混合后燃烧产生超音波,并在间隙中快速环绕,同时产生更多热能与压力,并循着喷气口排出产生推力。
这样的设计除了可维持 Ramjet 和 RDC 没有可动部件,降低损耗的优点外,也可不需要依靠火箭推进器进行起始推进,可减少重量并延长射程。
透过 GE 本身的材料科技突破,新型 DMRJ 发动机已在该公司位于纽约州尼斯卡尤纳(Niskayuna)的实验室中完成平台测试(Rig Test),并预期可在 2024 年进行量产。
未来这款发动机量产后,预期可对目前美军开发中的极音速武器,尤其是 Scramjet 类型的计划产生极大帮助。
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