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美研發17倍音速爆震引擎

By on May 20, 2021

原文刊於信報財經新聞「StartupBeat創科鬥室

圖為一架概念性的超音速飛機,由斜爆波引擎提供動力。(美國太空總署圖片)

圖為一架概念性的超音速飛機,由傾斜爆波引擎提供動力。(美國太空總署圖片)

美國佛羅里達中部大學(UCF)宣布,成功研發一種高超音速爆震引擎;該引擎利用傾斜轟波(ODW)的力量,透過平穩、固定的連續爆震,把飛機推進至音速17倍(約時速2.09萬公里),即半小時內可從紐約飛抵洛杉磯;論文發表於5月份的《美國國家科學院院刊》

運行時速超過2萬公里

爆炸是最強大的燃燒形式,產生出高溫衝擊波,以超音速向外釋放大量能量。科技網媒New Atlas報道,爆轟推進系統(Detonation Propulsion Systems)已研究半個世紀,惟在化學推進劑方面,由於尚未找到合適的成份或比例,最終無功而回。

UCF創建了一米長的實驗引擎原型,稱為「高焓高超音速反應設施」(簡稱HyperREACT),這中空管主要分為3個部分。第一部分是混合室(Mixing Chamber)【圖中紅箭嘴】,首先混合空氣和氫燃料,把氣流加速到合適速度;第二部分為沙漏形狀的噴嘴(CD Nozzle)【圖中藍箭嘴】,藉着添加99.99%超高純氫燃料,令熱壓縮氣體瞬間加速至音速5倍。

(UCF網上圖片)

(UCF網上圖片)

太空飛機毋須火箭助升

至於末端的第三部分【圖中綠箭嘴】,當注入超音速燃料混合物後,氣流會遇到一個30度的斜坡【圖中黃框示】,令表面發生爆燃反應,把爆炸波穩定下來。論文顯示,爆炸時間由本來幾毫秒,大幅延長至3秒;氣流峰值壓力在抵達斜坡後會提高2.7倍,噴嘴出口壓力飆升10.5倍。此項新技術能提升噴射引擎的效率,卻消耗更少燃料。

跟一般引擎飄忽的旋轉爆震波不同,傾斜爆震波穩定、可靠又可控。UCF機械與航空航天工程學系副教授Kareem Ahmed形容,這是首次有實驗證明穩定起爆,「就像在物理空間中,成功凍結劇烈爆炸一樣。」一旦落實這項高超音速推進技術,太空飛機日後毋須由火箭運載升空,僅利用自身引擎動力就能輕鬆穿越大氣層。

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