焦点信息:NASA测试罕见的旋转引爆超音速火箭发动机

2023-01-30 05:39:21 来源：cnBeta

【资料图】

美国国家航空航天局（NASA）和位于印第安纳州的航空航天公司IN Space LLC已经开始分析来自一个非凡的火箭发动机设计的测试数据。他们测试的是一种旋转引爆火箭发动机，它利用燃烧的燃料和氧化剂的共同作用下，通过产生超音速的冲击波来产生推力。这些发动机比用于将人类和货物运送到太空的化学发动机性能更加强大，美国宇航局的测试涵盖了十几次运行，并产生了这种发动机设计的最大推力。航天局旨在通过这些测试来测试材料强度，它计划很快测试一个更高功率的变体。

一个典型的火箭发动机，如美国国家航空航天局的太空发射系统（SLS）火箭或SpaceX公司的猎鹰阵容，使用一个标准燃烧室来产生推力。这个燃烧室将推进剂（燃料）和氧化剂（可燃材料）以高压送入燃烧室，在那里它们被点燃。所产生的推力然后通过一个精心制作的喷嘴--而废气和燃烧室中的产品的平衡（燃烧室压力）是决定发动机是否会工作或是否会简单地将废气送回罐中的关键。

这个过程被称为爆燃，这是一个技术术语，即燃烧反应的废气或副产品的速度慢于音速。在类似的情况下，爆炸是指副产品的速度超过音速或超音速。这给它们带来了额外的效果，因为气体激发了它们所处的介质的粒子。作为一个简单的例子，地球上的三硝基甲苯（TNT）爆炸是一种引爆，因为水、氢气、一氧化碳和其他副产品在空气中的传播速度比声音快。这也导致了爆炸时观察到的特有的冲击波。

旋转引爆发动机内部的实景图，显示了燃烧混合物如何移动。

旋转引爆发动机还利用引爆原理在燃烧室内建立一个自我维持的压力，这带来了更高的燃油效率和更高的功率。在这样的发动机中，燃烧产物在一个圆柱形的燃烧器内游动，或技术上称为环形燃烧器。这种燃烧器的形状允许来自爆燃的压力波围绕发动机旋转，波在这样的过程中"追逐"自己。它们的高速度导致波浪每秒覆盖数万转，爆燃过程能更好地将燃料的能量转化为推力。

美国宇航局表示，其RDNE在阿拉巴马州亨茨维尔的马歇尔太空飞行中心进行了几次热火测试，该机构正在与In Space, LLC合作分析这些数据。这对搭档进行了十多次测试，看到发动机累计点火超过10分钟。此外，RDNE的全油门测试看到它产生了4000磅的推力，腔室压力为每平方英寸622磅（psi），psi读数是旋转引爆设计的最高值。传统的发动机，如NASA和SpaceX目前使用的发动机，其腔体压力为数千磅/平方英寸。

据航天局称，这些测试的目的不是为了创造新的腔室压力记录。相反，美国宇航局旨在评估发动机的建造材料是否能够承受爆炸性燃烧的高压力--特别是用于火箭推进的燃烧。据航天局称，这些材料是通过3D打印制造的，所用材料是"NASA开发的铜合金GRCop-42"。4000磅推力的发动机也成功地实现节流并演示了自行点火，美国宇航局现在的目标是测试一个更强大的10000磅版本。

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