
▲F-47想象图,图片来源:网络
众所周知,目前不管是导弹还是空军战斗机,都使用传统发动机,其分类为活塞、涡轮、火箭、冲压等。之所以称它们为传统动力,一言以蔽之,就是燃烧方式常规,火焰传播的速度也比较慢,仅能达到每秒几米或者十几米,能量也很有限。
传统动力靠的是“燃烧”,然而爆震发动机是以“爆炸”来提供动力,依靠激波来传播能量,火焰速度可以达到每秒几千米,具有更高的热效率和功率密度,可以在很小的体积之下就实现巨大的推力,能大大压缩导弹的个头。如果装在飞机上,类似的就能大大缩减动力系统占用飞机的整体体积,留出更多的空间给战斗机装载其他的设备,比如导电子设备等,而且不影响战斗机的机动性能,甚至可能更强。即使是体积巨大,起飞重量也远超传统的战机,一旦安装爆震发动机,机动性可能比个头更小的战斗机还要更强。

▲歼36,图片来源:网络
打个比方来说,现有的“布拉莫斯”超音速巡航导弹长度为8.4米,重量为3吨,采用两级动力:第一级固体燃料火箭,第二级为液体燃料冲压发动机。靠着体积庞大的动力系统,该导弹才能实现最快2.8~3马赫的飞行速度。“布拉莫斯”有空射版,但是为了适应苏-30平台,只能在原基础上“阉割”,重量下降到了2.5吨,确实可以被战机携带了,但此举带来的负面影响就是导弹的射程和威力都有不小的缩水。
但假设“布拉莫斯”使用了爆震发动机,那么根据理论计算,它的重量可以直接压缩到0.8吨,尺寸可以直接缩短到5米,依然不影响其携带200~300公斤的装药,甚至飞行速度还可能更快,动能威力也更强,这就是爆震发动机的强大之处。

▲印度空射“布拉莫斯”,图片来源:网络
这还只是放在巡航导弹上,如果放在战斗机上,爆震发动机甚至可能在单发的情况下,就让战斗机的动力超过传统的双发。正是因为爆震发动机这么强,所以各国顶尖的科学家早就已经开始了相关的研究。早期研究的爆震发动机主要发展类型为脉冲爆震发动机(PDE),它采用长管状的燃烧室,通过高频点火来实现强大推力。
但是,点火的频率就成为了这种发动机动力的一个主要限制性因素。发展到后期,科学家发现不管用什么办法,脉冲爆震发动机的点火频率都已经上不去了,最后正是因为点火频率的限制,导致该发动机的发展前景越来越不被看好。

▲脉冲爆震发动机,图片来源:网络
所以目前,各国关于爆震发动机的发展方向已经进行了切换——各国研究的主流为旋转爆震发动机(RDE),也被称为连续爆震发动机。它不再采用长管状燃烧室,而是采用了环形燃烧室。
只需要点火一次,就能产生激波,然后让激波在环形燃烧室中以每秒几千到几万次的频率引爆燃料,形成自持燃烧,这就直接克服了脉冲爆震发动机的频率问题。打个不恰当的比方,假设这里有一串鞭炮,脉冲爆震发动机很像是一个人用打火机一个一个点,而连续爆震发动机就是只点一次,剩下的自己就会被引线点燃。

▲美国旋转爆震发动机原型机,图片来源:网络
虽然旋转爆震发动机的原理说起来好像也并不复杂,但在工业上彻底实现,它还有很大的难度。主要的技术挑战有3个方面,一是燃烧的稳定性:爆震发动机的环形燃烧室内不仅有燃烧反应,还有爆炸反应,两者共存。就像鞭炮一样,点燃之后就要一烧到底。但鞭炮也有断的时候,类似的,旋转爆震发动机的点火也存在不确定性,所以它的燃烧自持性是很脆弱的,而且很难实现。
第二,旋转爆震发动机目前大多处于试验阶段,为了保证测试成功,实验室条件下大多使用的是高活性的氢气作为燃料。但如果要将旋转爆震发动机投入实际使用,则还必须测试甲烷、乙烯等这样的碳氢化合物。相比较于氢气来说,这些燃料的火焰速度更低,维持燃烧更苦难。

▲旋转爆震发动机原型机,图片来源:网络
而到了能用到飞机上的时候,就得测试液态航空煤油,想要以它为燃料维持旋转爆震发动机的持续燃烧,在技术上则难上加难。正因为燃料方面的限制,才导致了旋转爆震。发动机在短时间内没有办法给导弹、飞机使用。
第三,旋转爆震发动机的燃烧室会爆炸,爆震波的温度可以达到2700度以上,什么样的材料才能承受如此持续的高温,这也是一个巨大的技术难题。所以简单来说,如果旋转爆震发动机要真正变得现实可用,起码要在小型导弹上可以实现批量使用,然后逐步被放大,直到能够整合到火箭上。然后等到性能足够的成熟稳定之后,再整合到现有的航空设备上,作为战斗机的主要动力。至于这个过程到底需要多久,没有人能够算得准,但估测起码需要10年以上的时间,甚至可能是20年。毕竟技术的发展,并能揠苗助长,更不可能“放卫星”。以目前的情况看,中国歼36和美国F-47谁能更快用上爆震发动机,还有待观察。不过我们真正看到这一天,起码也要等到2035年,甚至是更久以后了。