第1460章 吸熱型碳氫燃料
第1460章 吸熱型碳氫燃料
隨著馬赫數的提高，燃燒室內的氣流速度不斷增加，主屏幕上顯示的壓力分布圖也隨之開始發生變化，激波角度逐漸變陡，高溫區域緩慢向前擴展。
「馬赫數0穩定，燃燒效率74%，略低於預期，但仍然高於基礎值。」
刑牧春轉頭看向常浩南，：
「溫度分布與您的數值模擬幾乎一致。」
後者卻並未接茬，只是大步走近溫度監控台，仔細觀察著那幅彩色圖像。
紅色高溫區現在已經占據了燃燒室後部三分之一的範圍，前端呈現出不規則的波浪形狀——這正是激波與燃燒相互作用形成的特徵。
「第三次實驗，繼續提升至0，注意觀察隔離段壓力波動。」
常浩南下令道，臉上卻已經掛上了些許擔憂。
他並不擔心燃燒效率降低導致的比沖問題，但碳氫燃料在超燃衝壓發動機當中的意義並不只是提供推力，還有冷卻。
馬赫數0是亞燃模態的上限。隨著速度接近這一臨界點，燃燒室內的氣流變得極不穩定。激波在狹窄的空間內來回反射，與火焰前鋒相互作用，產生複雜的壓力振盪。
「隔離段壓力波動幅度加大，但仍處於安全範圍內。」
操作員的聲音帶著一絲緊張。
常浩南的目光在多個監控屏幕間快速切換。燃燒室的表現比他預想的還要好，但真正的挑戰還在後面——模態轉換。
「準備切換至超燃模態。」
常浩南下達了關鍵指令。
模態轉換是雙模態衝壓發動機最危險的階段之一，稍有不慎就會導致燃燒室不起動或者熱力壅塞溢出。
同時也將是唯一涉及到進氣道形態變化的過程。
當然，今天的測試只是模擬燃燒，甚至都沒有一個真實存在的進氣道。
「燃料噴射模式切換中。」
「點火系統重新配置。」
「……」
一系列操作在幾秒鐘內完成。主屏幕上的數據流突然變得密集。
在燃燒室內，氣流速度已經超過了音速——燃料必須在氣流以超音速通過燃燒室的極短時間內完成混合、點火和燃燒。
三秒鐘的沉寂後，壓力曲線突然穩定下來。
「超燃模態建立成功！」一名工程師幾乎從座位上跳了起來：
「燃燒效率突破5%，並持續上升！」
凌霄-1的絕大多數飛行時間畢竟還是處在高超音速工況下，因此整個設計也有限傾向於超燃模態，加之更高的燃燒室溫度，燃燒效率勢必要比之前更高。
刑牧春快步走到常浩南身邊，指著溫度分布圖：
「常院士，您看這個激波結構簡直跟您去年那篇報告裡的數值模擬一模一樣！」
屏幕上，高溫區呈現出一種奇特的分層結構，就像被無形的手精心排列過。這正是超燃衝壓發動機特有的斜激波系與燃燒釋熱區耦合形成的複雜流場。
常浩南嘴角微微上揚，但很快又恢復了嚴肅：
「繼續提升馬赫數，目標5。」
隨著速度進一步提高，燃燒室內的物理現象變得更加極端。
在超音速氣流中，燃燒釋放的熱量不再均勻分布，而是集中在若干個斜激波的交匯區域，這些高溫熱點以驚人的速度在燃燒室內向前移動，給冷卻系統帶來巨大挑戰。
「馬赫數0……高溫區前移至燃燒室中部。」
JF14風洞的每一輪工作循環都需要幾個小時，當模擬測試來到0馬赫的時候，窗外已經是明月高懸。
「馬赫數0……隔離段入口出現溫度升高跡象。」
常浩南注意到溫度分布圖上，紅色區域已經占據了燃燒室的大部分空間，並且明顯向進氣道方向延伸，這正是他們設計的多點燃燒室的關鍵特性——在不同馬赫數下，燃燒會自動在最優位置穩定。
隨著模擬氣流的總溫和速度逐漸逼近JF14風洞的上限，大屏幕上數字跳躍的速度也終於開始降低，代表模擬流速一欄的數字艱難向上攀升，
「馬赫數0……燃燒室壁面溫度達到臨界值85%！」
刑牧春突然提高了聲音。
常浩南的視線快速轉到溫度控制台，屏幕上靠近隔離段的幾個傳感器已經變成了刺眼的紅色，且數值仍然在不斷上升。
「還有15秒達到目標馬赫數。「操作員報告道。
常浩南的大腦飛速運轉。理論上，材料應該能撐到測試結束，但溫度上升速度比預期快了約7%……
「壁溫臨界值92%！」
刑牧春的聲音中帶著明顯的擔憂。
就在這時，刺耳的警報聲突然響徹整個實驗室。
「警告！燃燒室壁面溫度超過安全閾值！冷卻系統效能不足！」
主屏幕上跳出了鮮紅的警告框。溫度曲線幾乎呈垂直上升趨勢，幾個關鍵點的溫度已經逼近了鎳基高溫合金的極限。
「立即中止測試！緊急關閉燃料供應！」
常浩南沒有絲毫猶豫地下令，同時迅速拍下緊急停止按鈕。
毫秒級的反應時間過後，燃料閥門關閉，風洞動力系統開始減速，主屏幕上的溫度曲線在達到一個令人心驚肉跳的峰值後，終於開始緩慢下降。
實驗室里一片寂靜，只有設備冷卻的嗡嗡聲。
所有人都盯著那些逐漸回落的數字，直到確認燃燒室沒有發生結構性損傷，才有人長舒了一口氣。
「測試中止時馬赫數達到3，接近目標值。」
操作員輕聲報告，似乎有些擔心遭到面前這位大佬的訓斥。
儘管實驗成敗與他其實沒有任何關係，但不免有些脾氣暴躁的同志會控制不住自己的火氣。
好在常浩南倒是沒有什麼心態波動，只是抬手揉了揉鼻樑。
雖然測試沒有完全達到預定目標，但已經收集到了絕大部分關鍵數據，更重要的是，他們及時避免了可能造成設備損毀的災難性後果。
「各小組立即開始數據分析，我要在兩小時內看到初步報告。」
常浩南的聲音恢復了平靜：
「特別是冷卻系統失效的原因。」
刑牧春走到常浩南身邊，低聲道：
「常院士，模態轉換和超燃階段的性能表現非常出色，幾乎完全符合您的理論預測，只是……」
常浩南點點頭：
「我知道，先看數據。」
兩小時後，團隊在會議室集結。
投影儀上顯示著測試數據的初步分析結果，常浩南站在前面，雷射筆點在一條曲線上。
「問題出在這裡。」
他指向燃料冷卻系統的溫度梯度圖：
「JP8燃料在通過冷卻通道時，熱解反應沒有達到預期程度，對結果的分析顯示燃料熱沉比設計值低了約12%。「
刑牧春皺眉：
「但我們之前的計算和測試中，JP8的化學熱沉是完全滿足要求的。」
「縮比測試的馬赫數上限是0。」
常浩南解釋道：
「在更高速度下，壁面熱流密度呈指數增長，而燃料在冷卻通道中的停留時間卻減少了……熱解需要時間，這是化學反應動力學的限制。」
會議室里頓時響起低聲的討論。
等了幾秒之後，他才繼續道：
「好消息是，燃燒室本身的設計思路被證明是可行的，激波繫結構、燃燒穩定性、模態轉換效率都達到了預期，擺在我們面前的最大問題只有冷卻問題。」
「改用高熱沉燃料？比如JP7，或者摻混一些環己烷？」
一名年輕工程師提議。
「環己烷不適合我們的多任務需求，而JP7和JP8之間恐怕也沒什麼本質區別。」
常浩南搖頭：
「我傾向於做兩手準備，一是優化冷卻通道幾何形狀，增加燃料停留時間，這樣算是最簡單的方案，但如果還是不夠的話，就只能考慮改進燃料配方，降低熱解活化能。」
他轉向刑牧春：
「老邢，你負責第一個方案，帶團隊重新設計冷卻通道……」
「……」
會議結束後，常浩南獨自回到辦公室里，看著電腦屏幕上的模擬測試結果。
他回想著剛才十幾個小時裡面那些令人振奮的時刻——
當激波系完美形成時，當超燃模態順利建立時……那些瞬間，他能感覺到高超音速技術又向前邁進了一大步。
桌上的紅色電話突然響起，常浩南看了一眼，是來自工建委領導的來電。
他深吸一口氣，接通了電話。
「常院士，聽說測試遇到些問題？」
電話那頭響起李忠毅的聲音。
「是的，但總體是成功的。」
常浩南回答：
「我們驗證了多設計點燃燒室的核心設計理念，只是冷卻系統需要一些調整。」
「需要什麼支持？」
對方直入正題。
常浩南望向窗外漸亮的天色：
「眼下倒還不用，但需要石油化工口做好準備，我們很可能需要測試一批組分比較……特別，的碳氫混合燃料。」
李忠毅本就是石化系統出身，對於這樣的要求自然馬上應允。
「對了，還有一件事。」
正當常浩南準備掛斷電話的時候，對面又話鋒一轉，打斷了他的動作。
「什麼？」
「一點題外話，我們最近看到了一些報導……」
李忠毅的聲音突然壓低，而且語速放緩：
「雖然無法確定，但有很多跡象都表明，美國那邊的X51A高超音速飛行器研製項目，似乎因為某些原因而發生了嚴重的停滯，據說是研發負責人被牽扯到了一樁情報安全事件當中……」
隨著馬赫數的提高，燃燒室內的氣流速度不斷增加，主屏幕上顯示的壓力分布圖也隨之開始發生變化，激波角度逐漸變陡，高溫區域緩慢向前擴展。
「馬赫數0穩定，燃燒效率74%，略低於預期，但仍然高於基礎值。」
刑牧春轉頭看向常浩南，：
「溫度分布與您的數值模擬幾乎一致。」
後者卻並未接茬，只是大步走近溫度監控台，仔細觀察著那幅彩色圖像。
紅色高溫區現在已經占據了燃燒室後部三分之一的範圍，前端呈現出不規則的波浪形狀——這正是激波與燃燒相互作用形成的特徵。
「第三次實驗，繼續提升至0，注意觀察隔離段壓力波動。」
常浩南下令道，臉上卻已經掛上了些許擔憂。
他並不擔心燃燒效率降低導致的比沖問題，但碳氫燃料在超燃衝壓發動機當中的意義並不只是提供推力，還有冷卻。
馬赫數0是亞燃模態的上限。隨著速度接近這一臨界點，燃燒室內的氣流變得極不穩定。激波在狹窄的空間內來回反射，與火焰前鋒相互作用，產生複雜的壓力振盪。
「隔離段壓力波動幅度加大，但仍處於安全範圍內。」
操作員的聲音帶著一絲緊張。
常浩南的目光在多個監控屏幕間快速切換。燃燒室的表現比他預想的還要好，但真正的挑戰還在後面——模態轉換。
「準備切換至超燃模態。」
常浩南下達了關鍵指令。
模態轉換是雙模態衝壓發動機最危險的階段之一，稍有不慎就會導致燃燒室不起動或者熱力壅塞溢出。
同時也將是唯一涉及到進氣道形態變化的過程。
當然，今天的測試只是模擬燃燒，甚至都沒有一個真實存在的進氣道。
「燃料噴射模式切換中。」
「點火系統重新配置。」
「……」
一系列操作在幾秒鐘內完成。主屏幕上的數據流突然變得密集。
在燃燒室內，氣流速度已經超過了音速——燃料必須在氣流以超音速通過燃燒室的極短時間內完成混合、點火和燃燒。
三秒鐘的沉寂後，壓力曲線突然穩定下來。
「超燃模態建立成功！」一名工程師幾乎從座位上跳了起來：
「燃燒效率突破5%，並持續上升！」
凌霄-1的絕大多數飛行時間畢竟還是處在高超音速工況下，因此整個設計也有限傾向於超燃模態，加之更高的燃燒室溫度，燃燒效率勢必要比之前更高。
刑牧春快步走到常浩南身邊，指著溫度分布圖：
「常院士，您看這個激波結構簡直跟您去年那篇報告裡的數值模擬一模一樣！」
屏幕上，高溫區呈現出一種奇特的分層結構，就像被無形的手精心排列過。這正是超燃衝壓發動機特有的斜激波系與燃燒釋熱區耦合形成的複雜流場。
常浩南嘴角微微上揚，但很快又恢復了嚴肅：
「繼續提升馬赫數，目標5。」
隨著速度進一步提高，燃燒室內的物理現象變得更加極端。
在超音速氣流中，燃燒釋放的熱量不再均勻分布，而是集中在若干個斜激波的交匯區域，這些高溫熱點以驚人的速度在燃燒室內向前移動，給冷卻系統帶來巨大挑戰。
「馬赫數0……高溫區前移至燃燒室中部。」
JF14風洞的每一輪工作循環都需要幾個小時，當模擬測試來到0馬赫的時候，窗外已經是明月高懸。
「馬赫數0……隔離段入口出現溫度升高跡象。」
常浩南注意到溫度分布圖上，紅色區域已經占據了燃燒室的大部分空間，並且明顯向進氣道方向延伸，這正是他們設計的多點燃燒室的關鍵特性——在不同馬赫數下，燃燒會自動在最優位置穩定。
隨著模擬氣流的總溫和速度逐漸逼近JF14風洞的上限，大屏幕上數字跳躍的速度也終於開始降低，代表模擬流速一欄的數字艱難向上攀升，
「馬赫數0……燃燒室壁面溫度達到臨界值85%！」
刑牧春突然提高了聲音。
常浩南的視線快速轉到溫度控制台，屏幕上靠近隔離段的幾個傳感器已經變成了刺眼的紅色，且數值仍然在不斷上升。
「還有15秒達到目標馬赫數。「操作員報告道。
常浩南的大腦飛速運轉。理論上，材料應該能撐到測試結束，但溫度上升速度比預期快了約7%……
「壁溫臨界值92%！」
刑牧春的聲音中帶著明顯的擔憂。
就在這時，刺耳的警報聲突然響徹整個實驗室。
「警告！燃燒室壁面溫度超過安全閾值！冷卻系統效能不足！」
主屏幕上跳出了鮮紅的警告框。溫度曲線幾乎呈垂直上升趨勢，幾個關鍵點的溫度已經逼近了鎳基高溫合金的極限。
「立即中止測試！緊急關閉燃料供應！」
常浩南沒有絲毫猶豫地下令，同時迅速拍下緊急停止按鈕。
毫秒級的反應時間過後，燃料閥門關閉，風洞動力系統開始減速，主屏幕上的溫度曲線在達到一個令人心驚肉跳的峰值後，終於開始緩慢下降。
實驗室里一片寂靜，只有設備冷卻的嗡嗡聲。
所有人都盯著那些逐漸回落的數字，直到確認燃燒室沒有發生結構性損傷，才有人長舒了一口氣。
「測試中止時馬赫數達到3，接近目標值。」
操作員輕聲報告，似乎有些擔心遭到面前這位大佬的訓斥。
儘管實驗成敗與他其實沒有任何關係，但不免有些脾氣暴躁的同志會控制不住自己的火氣。
好在常浩南倒是沒有什麼心態波動，只是抬手揉了揉鼻樑。
雖然測試沒有完全達到預定目標，但已經收集到了絕大部分關鍵數據，更重要的是，他們及時避免了可能造成設備損毀的災難性後果。
「各小組立即開始數據分析，我要在兩小時內看到初步報告。」
常浩南的聲音恢復了平靜：
「特別是冷卻系統失效的原因。」
刑牧春走到常浩南身邊，低聲道：
「常院士，模態轉換和超燃階段的性能表現非常出色，幾乎完全符合您的理論預測，只是……」
常浩南點點頭：
「我知道，先看數據。」
兩小時後，團隊在會議室集結。
投影儀上顯示著測試數據的初步分析結果，常浩南站在前面，雷射筆點在一條曲線上。
「問題出在這裡。」
他指向燃料冷卻系統的溫度梯度圖：
「JP8燃料在通過冷卻通道時，熱解反應沒有達到預期程度，對結果的分析顯示燃料熱沉比設計值低了約12%。「
刑牧春皺眉：
「但我們之前的計算和測試中，JP8的化學熱沉是完全滿足要求的。」
「縮比測試的馬赫數上限是0。」
常浩南解釋道：
「在更高速度下，壁面熱流密度呈指數增長，而燃料在冷卻通道中的停留時間卻減少了……熱解需要時間，這是化學反應動力學的限制。」
會議室里頓時響起低聲的討論。
等了幾秒之後，他才繼續道：
「好消息是，燃燒室本身的設計思路被證明是可行的，激波繫結構、燃燒穩定性、模態轉換效率都達到了預期，擺在我們面前的最大問題只有冷卻問題。」
「改用高熱沉燃料？比如JP7，或者摻混一些環己烷？」
一名年輕工程師提議。
「環己烷不適合我們的多任務需求，而JP7和JP8之間恐怕也沒什麼本質區別。」
常浩南搖頭：
「我傾向於做兩手準備，一是優化冷卻通道幾何形狀，增加燃料停留時間，這樣算是最簡單的方案，但如果還是不夠的話，就只能考慮改進燃料配方，降低熱解活化能。」
他轉向刑牧春：
「老邢，你負責第一個方案，帶團隊重新設計冷卻通道……」
「……」
會議結束後，常浩南獨自回到辦公室里，看著電腦屏幕上的模擬測試結果。
他回想著剛才十幾個小時裡面那些令人振奮的時刻——
當激波系完美形成時，當超燃模態順利建立時……那些瞬間，他能感覺到高超音速技術又向前邁進了一大步。
桌上的紅色電話突然響起，常浩南看了一眼，是來自工建委領導的來電。
他深吸一口氣，接通了電話。
「常院士，聽說測試遇到些問題？」
電話那頭響起李忠毅的聲音。
「是的，但總體是成功的。」
常浩南回答：
「我們驗證了多設計點燃燒室的核心設計理念，只是冷卻系統需要一些調整。」
「需要什麼支持？」
對方直入正題。
常浩南望向窗外漸亮的天色：
「眼下倒還不用，但需要石油化工口做好準備，我們很可能需要測試一批組分比較……特別，的碳氫混合燃料。」
李忠毅本就是石化系統出身，對於這樣的要求自然馬上應允。
「對了，還有一件事。」
正當常浩南準備掛斷電話的時候，對面又話鋒一轉，打斷了他的動作。
「什麼？」
「一點題外話，我們最近看到了一些報導……」
李忠毅的聲音突然壓低，而且語速放緩：
「雖然無法確定，但有很多跡象都表明，美國那邊的X51A高超音速飛行器研製項目，似乎因為某些原因而發生了嚴重的停滯，據說是研發負責人被牽扯到了一樁情報安全事件當中……」