中国成功研制斜震爆发动机，速度可达16马赫

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中国成功研制斜震爆发动机，速度可达16马赫

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近日，港媒报道了一则振奋人心的消息：中国科学家依托全球最先进的JF12激波风洞，成功测试了全球首台由标准航空煤油驱动的斜震爆发动机。这台发动机的飞行速度达到了惊人的16马赫，相当于每小时20000公里，这一突破性进展在国际上引起了广泛关注。

在航空航天领域，发动机技术是飞行器性能提升的关键。随着人类对高超声速飞行的探索不断深入，一种新型发动机——斜震爆发动机（Oblique Detonation Engine，ODE）逐渐走进人们的视野。它被看作是未来高超声速飞行器的理想动力源，其独特的工作原理和潜在优势引发了广泛关注。

斜震爆发动机的工作原理

要理解斜震爆发动机，首先需要了解爆震波。爆震波是一种特殊的燃烧波，能在前导激波压缩下，使预混可燃气体自燃。燃烧产生的热量推动前导激波高速、无损耗地持续传播，传播速度通常在千米每秒量级，远超常见爆燃速度。

斜震爆发动机正是利用斜爆震波在高速预混气体中引发并组织超声速燃烧。与传统发动机不同，其斜爆震波朝向上游，对工作环境有特殊要求，需要根据传播特性匹配来流条件。高马赫数来流是保证其稳定工作的关键条件之一，因此它更适合在高超声速飞行器上发挥最大价值。

从外观上看，斜震爆发动机与超燃冲压发动机相似，但设计理念大相径庭。斜震爆发动机先将燃料喷入混合均匀，达到一定程度后，通过楔形体引发斜爆震波，实现快速燃烧释放热量；而超燃冲压发动机则是边混合边燃烧。斜震爆发动机中的斜爆震波实现真正的超声速燃烧，堪称技术突破。

斜震爆发动机的研究历程

斜震爆推进的概念最早出现在20世纪50-60年代，到80年代晚期至90年代初期迎来第一次研究热潮。当时，美国、苏联、加拿大、法国、澳大利亚等国纷纷加入研究行列。然而，研究发现斜震爆发动机需要在飞行马赫数达到10甚至更高的条件下才能凸显性能优势，且斜爆震波难以稳定控制，导致研究陷入低谷。

进入21世纪，随着高超声速技术的进步，研发适用于马赫数10及以上的吸气式推进系统成为趋势，斜震爆发动机重新受到重视。研究人员从波系结构、燃料特性、非定常来流稳定性等多个方面展开深入研究。

不同燃料中的斜震波系结构

研究显示，不同燃料对斜震爆波系结构有显著影响。以氢气-空气混合气体为例，马赫数越低，诱导区的斜激波角和反应区的斜爆震波角越大，起爆位置会向下游移动，起爆方式从渐变转为突变。在高空稀薄环境中，单位体积放热量减少，斜爆震波波角与斜激波波角差异减小，更倾向于渐变起爆。

乙炔-氧气-氩气混合气体则展现出独特的波系结构。低来流马赫数时为突变起爆，高来流马赫数时为渐变起爆。特定条件下，会出现连接二次斜爆震波的正爆震，以及双斜激波结构，堪称“波系魔法盒”。

非定常来流中的斜震爆稳定性

发动机内的斜爆震波面临复杂的来流情况，包括燃料分布不均和来流不稳定。研究表明，高空高速条件下，燃料分布不均对斜爆震波影响有限，但非定常来流带来巨大挑战。来流速度突变、角度突变或连续扰动都会引发复杂结构变化，且过程受多种因素影响，难以逆转。连续扰动时，后续周期对流场的影响能抑制波面三波点和小尺度结构的形成。

几何约束对波系结构和稳定性的影响

斜震爆波应用于推进系统时，必须研究其与复杂几何边界的相互作用。目前研究主要集中在轴对称斜爆震波和燃烧室内壁面的相互作用。半锥角较大时，锥激波诱导的斜爆震波与二维平面斜爆震波相似，但不稳定时波面易与放热区分离。半锥角小时，会出现需要两次起爆的新结构。

有限长楔面对二维平面斜爆震波也有影响。楔面后有后台阶会产生膨胀波，可能导致爆震波熄灭。将后台阶抬升一定角度，采用大楔面角-小楔面角的起爆方式，能在一定程度上获得接近CJ状态的斜爆震波。斜震爆波与上壁面相互作用时，结果取决于波面与拐角的距离和来流马赫数。

斜震爆发动机的应用前景

尽管斜震爆发动机仍处于研究阶段，但其应用前景广阔。在高超声速飞行器领域，它有望成为高效动力系统，大幅缩短飞行时间，提升飞行效率。在星际探索中，搭载斜震爆发动机的飞行器能更快抵达目标星球，助力人类探索宇宙。在军事领域，斜震爆发动机能让飞行器速度更快、机动性更强，提升军事打击能力和战略威慑力。导弹搭载斜震爆发动机后，能以超快速度突破敌方防御，精准打击目标。