當(dāng)前，增壓燃燒主要依靠脈沖爆震發(fā)動機、旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動機與斜爆震發(fā)動機實現(xiàn)，其中衷笋，旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動機（RDE）仍然是今年增壓燃燒技術(shù)的發(fā)展重點。世界各國政府矩屁、企業(yè)和學(xué)術(shù)機構(gòu)開展大量研究辟宗，提升技術(shù)成熟度，將增壓燃燒向?qū)嶋H應(yīng)用快速推進吝秕。

旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動機結(jié)構(gòu)示意圖

01 增壓燃燒VS等壓燃燒

當(dāng)前泊脐，絕大多數(shù)航空航天推進系統(tǒng)均基于緩燃波，傳播速度較低郭膛，近似為等壓過程晨抡；爆震波的傳播速度是緩燃波的一百倍以上，且波后壓力盏酵、密度都有很大提高，接近于熱循環(huán)效率更高的等容過程勃撼。因此蚊霞，采用爆震燃燒（增壓燃燒）可極大提升推進系統(tǒng)性能睹协。增壓燃燒可大幅降低傳統(tǒng)發(fā)動機的重量與體積并提升燃料效率，在發(fā)電和推進領(lǐng)域具有很大應(yīng)用潛力姆盲。

02 發(fā)電領(lǐng)域進展：主要聚焦于系統(tǒng)集成測試與減排效益研究

5月叁利，美國能源部授予GE公司創(chuàng)新中心（GE Research）700萬美元合同，設(shè)計盒咪、開發(fā)并演示一種低損耗氫燃料RDE完各，用于適配GE公司7FA燃?xì)廨啓C。4月至7月瘟麻，美國能源部國家能源技術(shù)實驗室（NETL）對一型氫氧燃料RDE開展燃燒試驗右婚，證明其氮氧化物排放顯著低于現(xiàn)有燃?xì)廨啓C，在清潔高效發(fā)電領(lǐng)域擁有巨大潛力钮咱。

03推進領(lǐng)域進展：液體燃料旋轉(zhuǎn)爆震火箭發(fā)動機的研究正在增加

7月耍才，美空軍研究實驗室（AFRL）完成了一項基礎(chǔ)研究，探究了由于爆震波移動導(dǎo)致的液滴（100微米級）二次破碎特性航夺，得到兩點結(jié)論：初步揭示了爆震波與液體燃料的相互作用加速了燃料霧化

為爆震室的設(shè)計計算提供了有價值的數(shù)據(jù)蕉朵。2021年12月，美國普渡大學(xué)Zucrow實驗室展示了一型使用RP-1/液氧燃料的RDRE

使用低溫液體推進劑工作的旋轉(zhuǎn)爆震火箭發(fā)動機（RDRE）是該類發(fā)動機走向工程化的一個重要里程碑阳掐。日本宇航研究開發(fā)機構(gòu)（JAXA）在2021年7月使用純氣態(tài)燃料（氣態(tài)甲烷/氧氣）對RDRE成功進行了飛行驗證始衅。今年，該機構(gòu)聯(lián)合日本名古屋大學(xué)缭保、室蘭工業(yè)大學(xué)觅闽、慶應(yīng)義塾大學(xué)，共同開發(fā)了一型液態(tài)乙醇/一氧化二氮RDRE涮俄，該發(fā)動機將于2024年由S-520探空火箭發(fā)射升空并進行首次飛行演示蛉拙。

6月至8月，美NASA馬歇爾太空飛行中心與美IN Space公司合作彻亲，連續(xù)對兩個具有再生冷卻結(jié)構(gòu)的RDRE進行了地面測試孕锄，實現(xiàn)發(fā)動機連續(xù)啟動17次，累計運行時間600秒苞尝，其中包括超過110秒的多次點火與15秒全推力測試（超過17.8千牛）畸肆。此次測試驗證了旋轉(zhuǎn)爆震模式下的燃料流量控制、無預(yù)起爆器條件下的成功起爆佛雀、新型銅/鉻/鈮合金增材制造部件長時間運行等關(guān)鍵技術(shù)闺酬。

NASA于6月至8月進行的RDRE地面測試

04 基礎(chǔ)研究進展：基礎(chǔ)試驗和計算方法標(biāo)準(zhǔn)化研究不斷推進

過去兩年間，AFRL在AIAA推進領(lǐng)域研討會上領(lǐng)導(dǎo)了15個由學(xué)術(shù)界逃净、工業(yè)界和國家實驗室組成的工作組瑟捡，對RDRE的實驗測試和相關(guān)計算程序進行標(biāo)準(zhǔn)化研究，并將不同工作組的研究結(jié)果進行一致性比較。截至今年7月占航，15個工作組均完成了各自研究旬城，結(jié)果數(shù)據(jù)的比較工作正在進行中。

2021年12月至2022年1月篙介，阿貢國家實驗室研究人員利用自適應(yīng)網(wǎng)格分別對爆震與緩燃開展高保真大渦模擬卒赖，模擬結(jié)果在定性與定量層面均符合數(shù)據(jù)庫中的既往實驗數(shù)據(jù)。進一步熱力學(xué)分析表明村肯，爆震或緩燃燃燒所獲得的推力與總釋放熱分布密切相關(guān)睡清。研究人員計劃在2023年舉辦的AIAA科技論壇上對該研究進行討論，詳細(xì)介紹計算結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)的相同和差異之處喊解，并分析可能的成因刨仑。

（中國航空工業(yè)發(fā)展研究中心 李蘊）

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