我国正在研究新型航程空发动机

1984年发明了，被钱学森同志称之为“一项长中国人志气的重要发明”的“沙丘驻涡火焰稳定器”，获国家发明一等奖。

该成果广泛应用于我国多种军用航空发动机中，取得了数以亿元计的经济效益，至今仍保有先进水平。

该成果的发明人是，高歌，他现任北京航空航天大学能源动力学院动力工程及工程热物理学科一级责任教授，航空发动机气动热力国防重点实验室副主任，长期从事动力工程、工程热物理及流体力学领域的教学与科研工作，并在基础科研和多学科的应用技术领域取得了一系列国际领先水平的创新性科研成果。

今年10月，他在接受记者采访时，谈到了我国新型航空发动机的研究工作。

现根据有关报道，简介、分析于下：

传统的航空发动机技术，已经逐渐逼近了性能发展的极限。

首先，他认为，传统的航空发动机技术，虽然还在不停地改进提高之中，但受到原理和材料工艺上的限制，已经逐渐逼近了性能发展的极限。

他具体地提到：航空发动机经历了两个大的历史阶段：

第一阶段就是在1950年以前，主要是活塞发动机的使用。

第二阶段在二次世界大战以后，涡轮发动机迅猛发展，一直占据着霸主地位，它有很多的变种，如涡扇发动机、涡桨发动机、涡轴发动机等，但其核心技术都是压气机－涡轮组合，即燃气轮机。

人类所发明的热机到目前为止，绝大多数都是依靠压力膨胀过程来实现热功转换的，活塞发动机、涡轮发动机都是如此。

而要提高涡轮发动机的性能主要有两条途径，一个是提高压比，另一个是提高涡轮前温度，这是它的工作原理决定的。

但是，提高涡轮前温度，是有一定限制的。

而提高压比、设想压比达到40左右，压气机的转速会很大；同时压比提高，叶片的强度也成问题。

所以无论从压比还是从温度来说，涡轮发动机基本上快要接近其性能极限了。

例如，涡轮发动机压气机本身的效率，四十年前是81%～82%，而今天，最好的压气机的效率是86%～87%。可以看出，大约每十年只提高1%多一点。

因此，很早就有人提出，涡轮发动机过了巅峰期以后有没有后续机种？为什么会提出这个问题呢？因为，所有发动机在其发展的历程中，性能都有从低到高的发展过程。但如果原理上不出现重大变化的话，就不会有本质的改变。

人们不得不考虑未来航空发动机的出路问题。

脉冲爆震发动机和旋转冲压发动机：

航空涡轮发动机目前出现了很多新的机种，如脉冲爆震发动机、冲压发动机等，这是主要的几个研究方向，也是试图找到大幅提高航空发动机性能的技术尝试。但这些发动机也还处于摸索阶段。

高歌对其技术难点和缺陷，也进行了具体分析：

脉冲爆震发动机噪声巨大，而且，工作频率，即：爆震燃烧频率，要100赫兹左右才能够产生足够的比冲，如果到不了这个频率，比冲不够，与涡轮机相比就没有竞争力。

设想在一个空腔里面，排气、进气一秒钟来回一百多次，而且还没有一个活塞把气体推出去，只靠自己的膨胀过程来填充、爆炸，再填充、再爆炸，这本身是非常困难的。

冲压发动机不能解决零速启动、低速情况下的低效率等问题。

最近国内外都在进行旋转冲压发动机的研究，旋转冲压发动机就是想克服直流式冲压发动机不能零速起飞的缺点。

旋转冲压发动机内部有一个转子，启动时首先用电力驱动，或是由其它起动机让转子高速旋转，气流进入转子后再发生冲波，产生高压，利用转子本身的旋转制造一个超声速或者跨声速的入流，在旋转场里提高马赫数，最后达到冲压的效果。

美国有一台一百千瓦级的旋转冲压发动机已经试运转成功了。

但是，旋转冲压发动机运用到航空发动机上有很大的难度：

首先要解决发动机直径问题，飞机不可能安装直径太大的发动机。

另外，转子旋转以后燃烧系统如何配置，高超声速气流进来如何变成没有旋转，研制出来以后能不能在效率、尺寸、推重比等方面和现有的涡轮发动机竞争，都有待未来发展才能得出定论。

本来冲压发动机就是一个空筒子，现在有一个转子在发动机里面旋转，解决了低速启动的问题，但飞到高速以后，气流冲进来遇到了转子这样一个大障碍物，如何解决，还面临一系列的问题。

旋转冲压发动机的前途将取决于这一系列关键技术能否得到妥善解决。

而且，脉冲爆震发动机、冲压发动机等这些新技术，依然没有摆脱传统的热机工作原理，只是改进而已，真正的突破还要在其他方向上寻找。

目前虽然涌现出一些新型航空发动机技术，但仍然没有走出依靠压力膨胀过程来实现热功转换的思路。

传统航空发动机技术需要新的突破。

人们应该另辟蹊径，寻找其他可用的工作原理。

以往所有热机都是压力膨胀实现热功转换的。

最近航空发动机显示了一些很有前途的研究方向，就是有没有可能不利用压力膨胀过程来实现热功转换，而他把研究方向瞄向了自然界的龙卷风。

利用龙卷风的形成与强化机制取得重大科研成果

为此，他研究了自然界龙卷风的形成与强化机制，发明了一项称为"余热增推"的技术，直接利用龙卷旋涡实现热功转换并提取能量，用以提高航空发动机的推力和工作效率，这是具有独创性的重大科研成果，是人们未曾涉足过的一片新天地。

龙卷风不是利用压力过程而是利用旋涡，依靠龙卷风式的特殊旋涡的旋转把热能变成机械能。

他带领的研究人员已经在龙卷风原理在航空发动机上的应用方面做了大量试验和应用研究。

他指出：对于研究大气流体力学的人可以明白无误地肯定说：龙卷风的旋转能量来源于龙卷风外围的热气流的热能提供的，但有一些教条的人会说，"热力学上没有这一说法，热能变成机械能必须要有压力膨胀过程。

实际上龙卷风在旋转过程中遵守着流体力学的一个定理，称为克罗科（Crocco）定理。

这个定理，通俗地讲，就是：如果在一个旋涡的外围热，里边冷，就产生了一个沿半径方向内指的焓梯度，或是温度梯度，这个焓梯度越大，旋风的旋转强度就越大。

如果在龙卷风外围有热量加入的话，龙卷风就会得以强化。

高歌利用龙卷风的原理开发了一项"余热增推"技术，在不改变核心机的前提下可以轻而易举地获取发动机推力的增加，增推效果相当可观。

这项原理和技术是高歌首创的，并且在航空发动机上得到了验证，有重大的实用价值。

通过"余热增推"技术，可以直接利用龙卷旋涡将热能转换为旋转动能，进而提高发动机的推力和推重比、降低单位推力的耗油率。

龙卷风组合燃烧技术也可极大地改善燃烧性能，使燃烧效率从85%提高到97.5%、

阻力、贫富油、稳定性等性能指标也达到国际领先水平。

可以断言，龙卷风原理开辟了热机发展一个值得探索的新方向。

作为一个纯粹的理论，克罗科定理在20世纪初就有了，但是，人们并没有找到其在工程技术运用的途径。

而高歌是先在试验中发现龙卷风能够把热能变成机械能，并利用它来增加发动机推力，才连系到了克罗科定理。并不是由克罗科定理指导其开发出有关技术。    高歌强调，中国人应增强自信心，我们有能力在科技领域自主创新。

"沙丘驻涡"技术为我国的航空发动机技术做出了贡献，而这项"余热增推"技术比"沙丘驻涡"的价值要大得多

关于利用真空能、暗物质、暗能量的设想

高歌还谈到：20世纪关于"真空是物质的凝聚态"（李政道语）以及暗物质、暗能量等观点。有个美国专家提出来，20世纪是核能世纪，21世纪是真空能世纪。还有人认为，5年之内有可能造出真空能发动机。

高歌希望能亲自参与我国真空能发动机的研制工作，并亲眼看到它实用化的到来。

但是对于这些，还存在许多质疑和争议论，也未见任何实际结果，并不能肯定能实现。

关于利民用反质子的设想

2003年7月，美国NASA把反质子发动机列为今后十年的三大绝密项目之一。反质子发动机制成以后，将会为航空航天飞行器提供非常强劲的动力，因为

它可实现全部的质能互换。

高歌说：“美国人能不能成功，我不做评论，美国人走的方向和技术细节我们也不清楚。但我们也不必一天到晚跟着他们后面走，我们可以走出中国人自己的路。以中国人的智慧，完全可以自主创新做出这些东西来。”