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协同吸气式火箭发动机概念可信

发布日期:2017-01-31  来源:航空工业信息网我要投稿我要评论

2015年7月30日,美国《航空周刊》发表一篇文章,称由于美国人的认可,SABRE发动机的可信度提高。众所周知,在航空航天领域,推进技术的飞跃始终走在航天器或航空器设计取得重大进展之前。

因为人们一直宣称进入太空要经济可承受,才能有持续的发展,所以英国反作用发动机公司所发展的协同吸气式火箭发动机(Synergetic Air-Breathing Rocket Engine,Sabre)概念正引起人们越来越多的兴趣。设计这种混合动力装置的目的是弥补吸气式和火箭式发动机之间的动力间隙,有可能使运载工具自始至终从跑道上由静止起步加速直到飞行至低地球轨道。

这样的发动机可以推动高速飞机,亚轨道飞行器或者是多级和单级入轨的运载工具。虽然早期试图从大气中采集氧气屈服于热力学现实,对SABRE的支持者而言,更令人鼓舞的是反作用发动机公司的设计连续通过了欧洲和美国专家的审核。最新,也可能是最有价值的,是来自美国空军研究实验室(AFRL)的信任投票,在合作研究和发展协议下对SABRE所做的分析。

AFRL在仔细研究了整个概念,特别是预冷却器换热器技术,考虑了从空气中实际提取氧气而不会被霜和冰堵塞的机理之后做出确认。反作用发动机公司在格拉斯哥七月初举行的美国航空航天学会(AIAA)主办的高超声速和空天飞机会议上,公开了基于甲醇的防霜控制系统的初步细节。

AFRL的项目经理巴里•赫尔曼说,分析“证实了SABRE发动机循环的可行性和潜在性能。同时,发展SABRE发动机是一项重大的工程挑战,发动机的循环是一个非常创新的方法,会做进一步的调查研究”。因此,反作用发动机公司和美国空军研究实验室计划继续在SABRE发动机方面开展合作,潜在的后续工作重点放在评估各种吸气式发动机作动力的运载工具概念,并对具体的发动机部件进行测试。

反作用发动机公司计划在2018年或者2019年进行全尺寸SABRE发动机地面样机试验

AFRL的研究也将评估Sabre发动机热交换器技术其他的潜在用途,包括寻找更广泛的国防应用。赫尔曼说:“下一步要回答的问题是相比其他推进系统,SABRE可能给高速航空航天器带来什么好处”。“基于SABRE发动机概念,AFRL正在分析飞行器的设计。我们还考虑在高温风洞中,在5马赫的飞行条件下测试它热交换技术”。

虽然AFRL承认, Sabre的原始目标是用于“云霄塔”单级入轨空天飞机,技术上仍存在“第一个应用的风险极大”,赫尔曼说:“在更易管理的两级入轨布局中,SABRE能够提供一些独一无二的优势”。

反作用发动机公司同意这些说法。反作用发动机公司企业发展主管Sam Hutchison表示:“从我们的角度来看,围绕进入太空难题没有廉价、快速的方法。我们已经做了研究,我们同意一个明智的第二级方案可能是最好的,一步一个脚印的来证明这项技术”。

赫尔曼也认为热交换器技术“针对整个航空航天领域的应用,值得进一步研究。我们的第一位的兴趣是测试热交换器技术。它可能有许多潜在的航空航天方面的应用,不仅仅是在SABRE发动机中使用的预冷却器概念”。

预冷却器在1/100秒内将超过1000C的来流空气冷却到-150C,然后通过一个涡轮-压气机进入火箭燃烧室,在那里与过冷液体氢燃料燃烧。更高的高空飞行和入轨道飞行,发动机转为提供机载液氧的一个传统闭循环火箭发动机。

与其他使用低温液体氢液化进入的空气的液体-空气循环发动机不同,SABRE发动机采用一个闭环的氦循环组成的数英里长紧凑、薄壁管阵,将空气冷却到它形成蒸汽的点。然后汽化空气由涡轮压气机加高压后进入燃烧室。

Hutchison 表示:“AFRL赞同SABRE发动机可能改变游戏规则”。在英国的独立审查请求下,在2014年得到欧洲航天局的确认,“使人相信这种技术可能带来潜在的变革”。

“很多人现在谈论SABRE,似乎引人注目。现在的问题是我们该怎么办呢?”Hutchison说:“作为一个发动机种类,它横跨航空和航天,所以我们要优化系统使之适于给定的应用。当我们构建未来的发展规划时,我们可以找出首次的用途是什么。因此,在未来半年,我们的工作就是找到应用”。

一个重要的战略目标是要在公司位于英格兰牛津郡的卡拉姆科学中心的工厂进行第1批次、全尺寸的地面演示试验发动机的成功试车。Hutchison说:“现在我们在界定演示试验发动机都要做什么事。在对应框中标记好要做的关键事情。确保演示试验发动机满足那些为它设定的性能需求。我们要确保它会真实地工作,并提供我们所说的、它能做到的一联串性能要求。我们仍处于这样的阶段,研究还处于发动机试验样机的起步阶段,但我们必须确保我们不会贪多嚼不烂”。

2018-2019年的目标日期是第一台完整发动机的演示试验样机进行测试。

Hutchison说,地面测试高马赫数的SABRE发动机循环是可行的,“因为发动机使用大气作为其能量源和反应物。由于聪明的热交换器技术,我们可以调节空气,使发动机中的涡轮机械不知道它是在地面上工作”。因为进入发动机的空气温度是环境温度,“我们可以始终在地面模拟从马赫数0至5的情况”。此外,评估流动条件的进气道测试将在风洞中进行。

Hutchison说明资金也仍然是安全的。“最后确定我们得到英国政府的6000万英镑(9360万美元)拨款,另外,2014年我们融资非常成功。我们没有短期的资金缺口,因为我们引入合作伙伴,我们会去争取增加必要的资金”。

AFRL确认之后,反作用发动机公司看起来似乎越来越有信心,因为“它从一个以研究为中心的公司,转向以生产为中心的公司”。

 
本文链接:https://www.81uav.cn/uav-news/201701/31/22522.html
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