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上周，美國國防高級研究計劃局 (DARPA) 悄悄公布了一項名為Gambit的新高速導彈計劃。該計劃旨在利用一種新穎的推進方法，這種方法不僅對武器開發產生深遠影響，而且對高速飛機甚至海軍軍艦的動力產生影響。 這種被稱為旋轉爆震發動機 (RDE) 的推進系統有可能比現有的噴氣發動機更輕，同時顯著提高功率輸出、航程和燃油效率。 Gambit導彈只是重新關注RDE技術的眾多計劃之一，盡管在大多數情況下，這些系統已經成功地在媒體的雷達下飛行。也就是說，除了《航空周刊與空間技術防御》編輯史蒂夫·特林布爾，他詳細報道了這些最近的發展。Trimble 很友好地與我討論了這項工作，因為我試圖更好地了解這項技術的重要性。 旋轉爆震發動機在今天的討論中可能并不常見，但在持續的高超音速軍備競賽和美國重新關注威懾近鄰的情況下，這項技術可以幫助抵消一些戰術和戰略優勢被美國在歐洲和太平洋等地的對手... ......它可能比你想象的更接近。 一種新型推進系統 旋轉爆震發動機幾十年來一直是理論和推測的主題，但尚未跨越理論和實際應用之間的障礙。 從理論上講，旋轉爆轟發動機有望比傳統噴氣發動機效率更高，從而可能為導彈應用提供射程和速度的大幅提升。這也可能意味著部署能夠達到與當今導彈相同速度和射程的小型武器。 在噴氣式戰斗機等飛機應用中，旋轉爆震發動機可以在射程和速度方面為導彈提供類似的優勢，同時可能降低維護需求。特別是戰斗機，依靠加力燃燒器，它有效地將燃料注入發動機的排氣流以增加推力，你可以想象，這會迅速耗盡燃料儲存并減少戰斗機的航程。RDE 可能會允許類似的推力提升，同時顯著降低燃油消耗。 但這項技術最有用的地方在于為海軍未來的非核水面艦艇提供動力，提供更大的動力生產、航程和速度，同時對海軍的預算底線產生重大的有利影響。 利用引爆的力量 旋轉爆震發動機背后的概念可以追溯到 1950 年代。在美國，密歇根大學航空航天工程名譽教授 Arthur Nicholls是最早嘗試開發有效 RDE 設計的人之一。 在某些方面，旋轉爆震發動機是脈沖爆震發動機(PDE) 背后概念的延伸，PDE 本身就是脈沖噴氣發動機的延伸。這可能看起來令人困惑（也許確實如此），但我們會分解它。 脈沖噴氣發動機的工作原理是在燃燒室內混合空氣和燃料，然后點燃混合物以快速脈沖從噴嘴噴出，而不是像在持續燃燒的情況下那樣您可能會在其他噴氣發動機中找到。 在脈沖噴氣發動機中，就像在幾乎所有的內燃機中一樣，點燃和燃燒空氣/燃料混合物被稱為爆燃，這基本上意味著加熱物質直到它迅速燃燒掉，但以亞音速速度燃燒。  脈沖爆震引擎e 的工作原理類似，但它不是利用爆燃，而是使用爆轟。從根本上說，爆炸很像聽起來：爆炸。 雖然爆燃是指空氣/燃料混合物的點火和亞音速燃燒，但爆轟是超音速的。當空氣和燃料在脈沖爆震發動機中混合時，它們會被點燃，像在任何其他內燃機中一樣產生爆燃。然而，在較長的排氣管內，強大的壓力波會在點火前壓縮未燃燒的燃料，將其加熱到點火溫度以上，即所謂的爆燃-爆轟過渡 (DDT)。換句話說，它不是快速燃燒燃料，而是引爆，產生更大的推力來自相同數量的燃料；爆炸，而不是快速燃燒。
爆轟仍然以脈沖形式發生，就像在脈沖噴氣機中一樣，但是脈沖爆轟發動機能夠將車輛推進到更高的速度，據信約為 5 馬赫。因為爆轟比爆燃釋放更多的能量，所以爆轟發動機更有效——產生更多用更少的燃料推力，允許更輕的負載和更大的范圍。  Trimble 解釋說，爆震沖擊波的傳播速度明顯快于當今噴氣發動機所利用的爆燃波：高達每秒 2,000 米（每小時 4,475 英里），而爆燃則為每秒 10米。 2008 年 5 月，空軍研究實驗室使用稱為 Long-EZ 的 Scaled Composites 自制飛機制造了世界上第一架由脈沖爆轟驅動的載人飛機，創造了歷史。 這架不尋常的弗蘭肯飛機在試飛期間的速度超過了每小時 120 英里，試飛員皮特·西博爾德（Pete Siebold）在操縱桿上，并達到了 60 到 100 英尺之間的高度。 
空軍評估在如果與其他先進的推進系統（如超燃沖壓發動機）相結合，他們的PDE發動機改進最終可以推動飛機速度超過4 馬赫，甚至更高。旋轉爆震發動機可能更有效，但學術界和工程界的許多人質疑這種發動機是否真的可以制造出來。 旋轉爆震引擎出現 旋轉爆震發動機將這一概念提升到了一個新的水平。它不是讓爆震波作為推進力從飛機后部傳出，而是圍繞發動機本身的圓形通道傳播。 燃料和氧化劑通過小孔被添加到通道中，然后被快速環繞的爆震波擊中并點燃。結果是發動機產生連續推力，而不是脈沖推力，同時仍提供爆轟發動機的改進效率。許多旋轉爆震發動機同時有不止一個爆震波環繞燃燒室。 正如 Trimble 解釋的那樣，RDE 會在爆炸期間看到壓力增加，而傳統噴氣發動機在燃燒期間會看到總壓力損失，從而提供更高的效率。事實上，旋轉爆震發動機比脈沖爆震發動機更有效，脈沖爆震發動機需要為每個脈沖清洗和重新填充燃燒室。
 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.
該計劃將分兩個 18 個月的階段進行。第一個將要求競爭對手通過一些有限的測試來完成他們的初步設計，而第二個將最終確定設計并最終對 RDE 系統進行全面飛行測試。 雖然該版本沒有提供有關 Gambit 總體目標的詳細信息，但公告中的一些語言指向了美國國防機構目前面臨的具體挑戰。提到 Gambit 在“反介入/區域拒止 (A2AD) 環境”中的使用可能適用于美國軍隊與近乎對等的對手展開對抗的任何地方。但有一個這樣的環境是近年來多項防御工作的重點：由于越來越多的反艦武器系統，從中國海岸延伸出的 1000 多英里區域拒止泡沫。 美國的艦載戰斗機 F-35C 和 F/A-18 超級大黃蜂的作戰半徑都不到 650 英里，這意味著必須在沒有遠程彈藥 的情況下將航母駛入危險地帶進行戰斗。  美國顯然有能力部署射程很遠的空射導彈，但這并不像特林布爾指出的那樣，在超級大黃蜂的機翼下安裝一枚巨大的火箭那么簡單。這些武器的尺寸非常重要，這就是為什么 RDE 發動機具有更高的效率和更小的質量，可能會改變游戲規則。
但 Gambit 并不是第一個利用旋轉爆轟發動機技術的新武器計劃。根據空軍研究實驗室的說法，RDE 技術可以使高速武器更便宜，這在美國國防部最近的一項分析表明為空軍開發的高超音速（5 馬赫以上）武器的成本可能為每個高達1.06 億美元。  根據五角大樓 2022 年高性能計算現代化計劃支持的努力清單，空軍研究實驗室已經開始開發至少三種 RDE 武器或演示器。 一個目標是部署一種液體燃料旋轉爆轟超燃沖壓發動機，該發動機將為第五代戰斗機內部攜帶的空對地導彈提供動力。另一個項目將利用固體燃料制造空對空導彈，第三個項目旨在開發一種用于地面自由噴射測試的車輛。 RDE 技術最終還可能導致更小的武器提供與當今導彈相同的射程和速度，從而允許像 F-35 這樣的隱形飛機在其內部武器艙內攜帶更多彈藥。同樣，與今天大小相同的導彈可以飛得更快，這在空對空和空對地作戰中都具有深遠的好處。 旋轉爆震發動機可以為戰斗機甚至海軍的戰艦提供動??力 在空軍研究實驗室正在開發的以武器為導向的項目中，還有另一個旋轉爆轟發動機企業可以為美國戰斗機的射程和速度提供很大的提升：一種可以用來代替戰斗機加力燃燒室的 RDE。 加力燃燒器通過將燃料直接噴射到排氣流中，有效地將離開噴氣發動機的剩余氧氣與更多燃料結合起來。不用說，這種增加推力的方法會對飛機的燃料儲備造成嚴重損失，迫使飛行員在速度和航程或徘徊時間之間做出選擇。 旋轉爆震發動機加力燃燒室可以增加推力，同時利用設計的固有效率，以更少的燃料消耗提供相同的收益。 從長遠來看，吸氣式 RDE 甚至可以作為主要推進裝置進入飛機機身。但并非所有 RDE 的潛在應用都在天空中。最有希望的一個可能實際上在海上。 雖然海軍的航空母艦和潛艇以核動力著稱，但艦隊的其余部分仍然使用優質的老式 F-76 船用柴油燃料——僅2016 年就估計有8600萬桶。因此，海軍對這種高效推進的方法非常感興趣，這對你來說可能不足為奇。事實上，海軍早在 1982 年就為“旋轉爆震發動機”申請了專利。 美國海軍在 2012 年的說法是，航母旋轉爆發動機可以使軍艦的推進力增加10%，25% 的燃料消耗，確實為它們提供了更多的加速和燃料消耗和程序。2012 年，改進了這種特殊性的一億億美元，相當于300億美元，相當于3387美元。163000美元。 事實是，旋轉爆震更遠的發動機可以幫助在飛得遠、發射、國防航行得更順利，甚至發射也有可能是美國機構中擁有這種發射的技術無法達到的并不多。 以，圍繞 RDE 的當前問題是否，現在越來越多地出現在何時。 |
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