旋轉爆震發動機有望使太空發射更實惠更有效

由包括悉尼大學航空航天、機械和機電工程學院的燃燒專家等人組成的國際工程師團隊正在開發一種革命性的新型火箭發動機，它不僅可以在大氣中呼吸空氣，而且可以以超音速燃燒進入的空氣。如果可以投入使用，旋轉爆震發動機（RDE）有望使太空發射更便宜、更高效。

旋轉爆震發動機基於一種非常古老的技術，但卻是在火箭上的潛在重大進步。在第二次世界大戰期間，納粹德國的秘密武器之一是復仇兵器第1號(Vergeltungswaffe 1)，更為人所知的是V1飛行炸彈。1944年和1945年，納粹德國向英國及其他歐洲城市發射近10000枚V1，這是戰斧巡航導彈(Tomahawk)等的祖先。

V1的關鍵是推動它的脈衝引擎。簡而言之，這是一個噴氣發動機，由一個圓形箱體組成，一端有排氣管，前面有彈簧安裝板條。在操作中，空氣將流過板條，與燃料混合併點燃。這形成了一個脈衝爆炸，推動板條關閉一秒鐘並推動導彈前進。

這是一種非常簡單的發動機，價格便宜且易於製造，但由於脈衝爆震是間歇性的，並且還有很大一部分未燃燒的燃料從排氣中排出，因此效率非常低。

RDE是該發動機的更高級版本，但燃料和空氣被注入開放的圓形通道並點燃。燃燒脈衝在通道周圍流動並變得自持，因為它產生的波在熱氣體通過通道的開口端被推出時不斷循環。

RDE的一個優點是它既可以作為噴氣機也可以作為火箭。在低層大氣中，空氣可以被吸入並被送入通道，但是在太空的真空中，這可以用液氧或一些其他氧化劑代替。

另一個優點是，與其他吸氣式發動機不同，RDE可以維持超音速燃燒。大多數其他超音速或高超音速發動機必須在將空氣送入燃燒室之前將其減速至亞音速，但在RDE中，空氣可以更快的速度進入，從而實現更簡單的設計。

目前，沒有正常運行的RDE，但美國海軍、NASA、Aerojet Rocketdyne、俄羅斯的NPO Energomash公司，以及悉尼大學和國防承包商DefendTex等合作夥伴都致力於構建實際發動機所需的理論模型。悉尼大學的清潔燃燒小組以及DefendTEx和其他國際合作夥伴正在根據澳大利亞政府撥款資助的國際響應空間項目開展工作，為該國的航天工業開發RDE。

在副教授Matthew Cleary的帶領下，悉尼大學團隊正在研究燃燒在RDE中的工作原理，特彆強調計算流體動力學模擬以確定發動機的效率。希望RDE將允許更小、更輕、更便宜的火箭，這些火箭可以將更大的有效載荷發射到軌道，並可能為澳大利亞的第一個主權太空發射能力提供動力。

「自項目啟動以來，我們與合作者一起開發了新的計算方法來研究超音速燃燒，這是一個稱為爆炸的過程，」Cleary說。「我們對模型旋轉爆震發動機模擬的初步結果已經引發了一些關於環形通道中爆炸穩定性的有趣發現，特別是關於設計燃燒室幾何形狀的重要性，使得爆炸穩定並且火箭推力可以這些信息正在向我們的合作者提供信息，他們現在開始對發動機進行地面測試。」

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！