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上周，美国国防高级研究计划局 (DARPA) 悄悄公布了一项名为Gambit的新高速导弹计划。该计划旨在利用一种新颖的推进方法，这种方法不仅对武器开发产生深远影响，而且对高速飞机甚至海军军舰的动力产生影响。 这种被称为旋转爆震发动机 (RDE) 的推进系统有可能比现有的喷气发动机更轻，同时显着提高功率输出、航程和燃油效率。 Gambit导弹只是重新关注RDE技术的众多计划之一，尽管在大多数情况下，这些系统已经成功地在媒体的雷达下飞行。也就是说，除了《航空周刊与空间技术防御》编辑史蒂夫·特林布尔，他详细报道了这些最近的发展。Trimble 很友好地与我讨论了这项工作，因为我试图更好地了解这项技术的重要性。 旋转爆震发动机在今天的讨论中可能并不常见，但在持续的高超音速军备竞赛和美国重新关注威慑近邻的情况下，这项技术可以帮助抵消一些战术和战略优势被美国在欧洲和太平洋等地的对手... ......它可能比你想象的更接近。 一种新型推进系统 旋转爆震发动机几十年来一直是理论和推测的主题，但尚未跨越理论和实际应用之间的障碍。 从理论上讲，旋转爆轰发动机有望比传统喷气发动机效率更高，从而可能为导弹应用提供射程和速度的大幅提升。这也可能意味着部署能够达到与当今导弹相同速度和射程的小型武器。 在喷气式战斗机等飞机应用中，旋转爆震发动机可以在射程和速度方面为导弹提供类似的优势，同时可能降低维护需求。特别是战斗机，依靠加力燃烧器，它有效地将燃料注入发动机的排气流以增加推力，你可以想象，这会迅速耗尽燃料储存并减少战斗机的航程。RDE 可能会允许类似的推力提升，同时显着降低燃油消耗。 但这项技术最有用的地方在于为海军未来的非核水面舰艇提供动力，提供更大的动力生产、航程和速度，同时对海军的预算底线产生重大的有利影响。 利用引爆的力量 旋转爆震发动机背后的概念可以追溯到 1950 年代。在美国，密歇根大学航空航天工程名誉教授 Arthur Nicholls是最早尝试开发有效 RDE 设计的人之一。 在某些方面，旋转爆震发动机是脉冲爆震发动机(PDE) 背后概念的延伸，PDE 本身就是脉冲喷气发动机的延伸。这可能看起来令人困惑（也许确实如此），但我们会分解它。 脉冲喷气发动机的工作原理是在燃烧室内混合空气和燃料，然后点燃混合物以快速脉冲从喷嘴喷出，而不是像在持续燃烧的情况下那样您可能会在其他喷气发动机中找到。 在脉冲喷气发动机中，就像在几乎所有的内燃机中一样，点燃和燃烧空气/燃料混合物被称为爆燃，这基本上意味着加热物质直到它迅速燃烧掉，但以亚音速速度燃烧。  脉冲爆震引擎e 的工作原理类似，但它不是利用爆燃，而是使用爆轰。从根本上说，爆炸很像听起来：爆炸。 虽然爆燃是指空气/燃料混合物的点火和亚音速燃烧，但爆轰是超音速的。当空气和燃料在脉冲爆震发动机中混合时，它们会被点燃，像在任何其他内燃机中一样产生爆燃。然而，在较长的排气管内，强大的压力波会在点火前压缩未燃烧的燃料，将其加热到点火温度以上，即所谓的爆燃-爆轰过渡 (DDT)。换句话说，它不是快速燃烧燃料，而是引爆，产生更大的推力来自相同数量的燃料；爆炸，而不是快速燃烧。
爆轰仍然以脉冲形式发生，就像在脉冲喷气机中一样，但是脉冲爆轰发动机能够将车辆推进到更高的速度，据信约为 5 马赫。因为爆轰比爆燃释放更多的能量，所以爆轰发动机更有效——产生更多用更少的燃料推力，允许更轻的负载和更大的范围。  Trimble 解释说，爆震冲击波的传播速度明显快于当今喷气发动机所利用的爆燃波：高达每秒 2,000 米（每小时 4,475 英里），而爆燃则为每秒 10米。 2008 年 5 月，空军研究实验室使用称为 Long-EZ 的 Scaled Composites 自制飞机制造了世界上第一架由脉冲爆轰驱动的载人飞机，创造了历史。 这架不寻常的弗兰肯飞机在试飞期间的速度超过了每小时 120 英里，试飞员皮特·西博尔德（Pete Siebold）在操纵杆上，并达到了 60 到 100 英尺之间的高度。 
空军评估在如果与其他先进的推进系统（如超燃冲压发动机）相结合，他们的PDE发动机改进最终可以推动飞机速度超过4 马赫，甚至更高。旋转爆震发动机可能更有效，但学术界和工程界的许多人质疑这种发动机是否真的可以制造出来。 旋转爆震引擎出现 旋转爆震发动机将这一概念提升到了一个新的水平。它不是让爆震波作为推进力从飞机后部传出，而是围绕发动机本身的圆形通道传播。 燃料和氧化剂通过小孔被添加到通道中，然后被快速环绕的爆震波击中并点燃。结果是发动机产生连续推力，而不是脉冲推力，同时仍提供爆轰发动机的改进效率。许多旋转爆震发动机同时有不止一个爆震波环绕燃烧室。 正如 Trimble 解释的那样，RDE 会在爆炸期间看到压力增加，而传统喷气发动机在燃烧期间会看到总压力损失，从而提供更高的效率。事实上，旋转爆震发动机比脉冲爆震发动机更有效，脉冲爆震发动机需要为每个脉冲清洗和重新填充燃烧室。
 In 2020, a team out of the University of Central Florida, working with the Rotating Detonation Rocket Engine Program at the Air Force Research Laboratory, successfully built and tested the world’s first working rotation detonation engine that continued firing until its fuel was cut off, effectively proving the concept was possible. The three-inch copper test rig developed by the team successfully produced 200 pounds of thrust in laboratory conditions. Since then, a number of other programs have followed suit, with noted engine manufacturer Pratt and Whitney among those leading the charge. Related: How America almost got hypersonic aircraft decades ago A new generation of high-speed, long-range weapons On July 18, DARPA released a Special Notice pertaining to their new Gambit Missile program, announcing a “Proposer’s Day” for firms to get more information about the effort and its aims. Within the notice, DARPA included a description of the program and its objectives, as well as their anticipated timeline, from inception to flight test.
该计划将分两个 18 个月的阶段进行。第一个将要求竞争对手通过一些有限的测试来完成他们的初步设计，而第二个将最终确定设计并最终对 RDE 系统进行全面飞行测试。 虽然该版本没有提供有关 Gambit 总体目标的详细信息，但公告中的一些语言指向了美国国防机构目前面临的具体挑战。提到 Gambit 在“反介入/区域拒止 (A2AD) 环境”中的使用可能适用于美国军队与近乎对等的对手展开对抗的任何地方。但有一个这样的环境是近年来多项防御工作的重点：由于越来越多的反舰武器系统，从中国海岸延伸出的 1000 多英里区域拒止泡沫。 美国的舰载战斗机 F-35C 和 F/A-18 超级大黄蜂的作战半径都不到 650 英里，这意味着必须在没有远程弹药 的情况下将航母驶入危险地带进行战斗。  美国显然有能力部署射程很远的空射导弹，但这并不像特林布尔指出的那样，在超级大黄蜂的机翼下安装一枚巨大的火箭那么简单。这些武器的尺寸非常重要，这就是为什么 RDE 发动机具有更高的效率和更小的质量，可能会改变游戏规则。
但 Gambit 并不是第一个利用旋转爆轰发动机技术的新武器计划。根据空军研究实验室的说法，RDE 技术可以使高速武器更便宜，这在美国国防部最近的一项分析表明为空军开发的高超音速（5 马赫以上）武器的成本可能为每个高达1.06 亿美元。  根据五角大楼 2022 年高性能计算现代化计划支持的努力清单，空军研究实验室已经开始开发至少三种 RDE 武器或演示器。 一个目标是部署一种液体燃料旋转爆轰超燃冲压发动机，该发动机将为第五代战斗机内部携带的空对地导弹提供动力。另一个项目将利用固体燃料制造空对空导弹，第三个项目旨在开发一种用于地面自由喷射测试的车辆。 RDE 技术最终还可能导致更小的武器提供与当今导弹相同的射程和速度，从而允许像 F-35 这样的隐形飞机在其内部武器舱内携带更多弹药。同样，与今天大小相同的导弹可以飞得更快，这在空对空和空对地作战中都具有深远的好处。 旋转爆震发动机可以为战斗机甚至海军的战舰提供动力 在空军研究实验室正在开发的以武器为导向的项目中，还有另一个旋转爆轰发动机企业可以为美国战斗机的射程和速度提供很大的提升：一种可以用来代替战斗机加力燃烧室的 RDE。 加力燃烧器通过将燃料直接喷射到排气流中，有效地将离开喷气发动机的剩余氧气与更多燃料结合起来。不用说，这种增加推力的方法会对飞机的燃料储备造成严重损失，迫使飞行员在速度和航程或徘徊时间之间做出选择。 旋转爆震发动机加力燃烧室可以增加推力，同时利用设计的固有效率，以更少的燃料消耗提供相同的收益。 从长远来看，吸气式 RDE 甚至可以作为主要推进装置进入飞机机身。但并非所有 RDE 的潜在应用都在天空中。最有希望的一个可能实际上在海上。 虽然海军的航空母舰和潜艇以核动力着称，但舰队的其余部分仍然使用优质的老式 F-76 船用柴油燃料——仅2016 年就估计有8600万桶。因此，海军对这种高效推进的方法非常感兴趣，这对你来说可能不足为奇。事实上，海军早在 1982 年就为“旋转爆震发动机”申请了专利。 美国海军在 2012 年的说法是，航母旋转爆发动机可以使军舰的推进力增加10%，25% 的燃料消耗，确实为它们提供了更多的加速和燃料消耗和程序。2012 年，改进了这种特殊性的一亿亿美元，相当于300亿美元，相当于3387美元。163000美元。 事实是，旋转爆震更远的发动机可以帮助在飞得远、发射、国防航行得更顺利，甚至发射也有可能是美国机构中拥有这种发射的技术无法达到的并不多。 以，围绕 RDE 的当前问题是否，现在越来越多地出现在何时。 |
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