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美高超发动机关键技术试验成功 目标5马赫

2019-04-09 09:21:06

【文/观察者网 堵开源】

美国《航空周刊》网站4月7日报道,美国“反应发动机”公司宣布,该公司研制先进吸气式高速推进系统最近完成了一次里程碑性的实验,通过预冷器将模拟3.3马赫的来流调节到模拟海平面气压条件。按设计要求,这一系统未来将可以制造出能在5马赫的飞行速度下产生足够推进力的吸气式发动机,实现经济的高超声速飞行的目标。

据报道,这次试验是在反映发动机公司在美国科罗拉多州沃特金斯附近航空航天港新建的TF2试验设施内进行的,该公司30年前在英国成立,并开始进行这种先进发动机的研制。

TF2试验设施外景,左侧厂房内是一台J79发动机,图中可见冷却用液氦储罐(三个白色罐子)等附属设施

这次进行试验的是该发动机的核心部分轻型热交换器(HTX),该装置旨在大大降低进气温度(T3),从而降低进气马赫数,它可以将很大速度范围内的进气降低到海平面气压,这意味着它可以在高超声速条件下产生正推力。

HTX设计上能够在高速飞行中将进气温度大大降低,从而使涡轮喷气发动机能够工作,而其最终目标则是直接用热交换器将空气中的氧气液化并储存起来,供火箭发动机工作,这种发动机代号SABRE,它可以作为空天飞机的动力系统使用。

2012年,反应发动机公司制造出了第一个能够运转的缩比热交换器原型机,而最近他们的实验中则成功展示了一台大尺寸的预冷器,一台通用动力J79发动机最大军推的喷流经过预冷器的处理后,降低到了较低的温度和压力。这台系统由16800根超细管组成,能够以较轻的重量达到尽可能高的工作面积,该系统是根据该公司与美国国防部先进技术研究署(DARPA)2017年签署的合约研制。

据报道,在这次实验中,进气温度达到了426℃,而经过HTX处理后的气流温度降低到了100℃左右,接下来该公司将进行J79最大加力推力条件下的实验,最大加力条件下, J79喷射的气流温度将高达1000℃左右,相当于5马赫速度飞行时的进气条件。按计划,HTX将在1/20秒时间内,将气流温度降低到100℃左右。更高的温度不仅将考验热交换器的换热能力,更将考验其中每一根细管的性能,它们将通过氦气进行冷却,来降低温度。

高温气流从左侧进入实验装置,经过冷却后从右侧喷出

反应发动机公司总裁迪塞尔表示:“这是我们第一次进行高温条件下的预热器试验,性能表现似乎在预料之内,数据质量比我们预计的还要好。我们在实验中模拟了从起飞到马赫数3.3的气流条件,也就是相当于洛克希德SR-71的飞行速度。”

据悉,这次试验是在3月25日进行的,在接下来几个月中,在同一设施内,将进行模拟马赫数4.2到5的试验。

报道称,这次试验中使用的TF2设施是专门为了测试新型发动机而设立,该系统具备模拟飞行全程条件下对作为冷却剂的氦气进行冷却的能力,目前尚无其他类似设施具备这样的制冷能力(实际飞行中发动机自身将提供制冷的动力),该设施的建设资金来自于美国和英国的政府和商业投资。

反应发动机公司的技术负责人表示如果需要,TF2设施也可以承担超过马赫5以上的试验所需的条件,未来TF2设施也将可以用于其他推进系统和高超声速试验任务。

验证试验装置,高温气流将通过一万多根细管,经过氦气冷却,在1/20秒内被降低数百摄氏度

最近的测试结果对于反应发动机公司拟定的扩展商业用途的计划也是一个好消息,目前他们已经提出了一系列将高效热交换器用于更多领域的计划,包括用于提高现役涡扇和涡喷发动机性能,增加燃气轮机发电厂工作效率,以及增强赛车发动机性能等。

此外,高效热交换器技术对于美国的高超声速技术研究还有一个重要用途,就是用于热管理方面。去年美国国防部副部长格里芬曾在美国高超声速学术会议上表示目前美国在这一领域的厂商技术实力衰退,导致高超声速导弹的性能达不到预想水平,而反应发动机公司的热交换机显然在这方面是一个突破。据称,这一项目也得到了BAE系统、罗尔斯·罗伊斯和波音公司的支持。

此外,反应发动机公司方面表示,随着这次试验的成功,他们下一步研制更先进的SABRE发动机也更有信心,预计将会建造2万磅推力的演示原型机,可以用于推动较小的试验机——如果采用3机并联,就可以用于实现具有进入太空作业能力的空天飞机。

该项目最终目标是研制能将空气中的氧气直接制成液氧并储存用于大气层内外飞行的SABRE发动机

本文系观察者网独家稿件,未经授权,不得转载。

堵开源

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来源:观察者网 | 责任编辑:堵开源
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