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渦輪噴氣發(fā)動機(jī)被用作超音速發(fā)動機(jī)的熱源設(shè)備

時間:2019-06-19 15:17:57 點(diǎn)擊:1976 次 來源:洛陽合能電氣有限公司
  據(jù)《航空周刊》網(wǎng)站5月15日報道,英先進(jìn)推進(jìn)系統(tǒng)開發(fā)商Reaction Engines已經(jīng)邁出了驗證其新型噴氣混合動力火箭在超音速條件下飛行的步,將通用電氣(General Electric)J79渦輪噴氣發(fā)動機(jī)作為測試的熱源,具體情況預(yù)計將在本月晚些時候發(fā)布。
試驗臺
  J79渦噴發(fā)動機(jī)曾配裝麥道(McDonnell Douglas)F-4“鬼怪”戰(zhàn)斗機(jī),此次被Reaction Engines用作其高溫氣流試驗臺(新建于科羅拉多沃金斯附近的Front Range機(jī)場)的核心設(shè)備。J79提供的1000℃高溫燃?xì)饨?jīng)過與加熱空氣混合后用于模擬產(chǎn)生相當(dāng)于5馬赫飛行環(huán)境下的進(jìn)氣條件。

  該流程將驗證作為Reaction Sabre(協(xié)同式空氣呼吸火箭發(fā)動機(jī))核心的預(yù)冷換熱器(HTX)的可操作性和性能。它也是從大氣中提取氧氣的關(guān)鍵,可以從開始就加速到超音速。 HTX會在不到1/20秒的時間內(nèi)將氣流冷卻至零下150℃,然后通過渦輪壓縮機(jī)進(jìn)入火箭燃燒室,在那里燃燒過冷液態(tài)氫(LH)燃料。超過5馬赫,在海拔將近10萬英尺的情況下,進(jìn)氣道將被關(guān)閉,發(fā)動機(jī)將繼續(xù)作為由車載液氧和LH供能的閉式循環(huán)火箭發(fā)動機(jī)運(yùn)行。

  Reaction Engines總裁亞當(dāng)·迪塞爾(Adam Dissel)表示:“試驗臺的調(diào)試工作將持續(xù)到6月份。我們將通過調(diào)整燃?xì)馀c空氣的混合比來調(diào)整氣流參數(shù),以便能夠準(zhǔn)確模擬預(yù)冷卻器在實際飛行過程中面臨的工作條件。假設(shè)飛行器從跑道起飛后,需要4-5分鐘加速到5馬赫以上,那我們就要調(diào)試出在這個爬升加速過程中的來流溫度、壓力和流量等參數(shù),確保氣流變化能夠與飛行過程致。”

  Reaction Engines執(zhí)行官馬克·托馬斯(Mark Thomas)透露,Reaction Engines將于今年夏季在英(TF1試驗臺)完成HTX測試樣機(jī)的制造,然后再運(yùn)輸?shù)娇屏_拉州的試驗臺進(jìn)行試驗。這臺HTX與之前的HTX設(shè)計方案又有所改進(jìn),它由數(shù)以千計的薄壁管職稱,帶來大表面積、低重量,“總體尺寸都差不多,但安裝連接了尺寸更大的冷卻劑輸送系統(tǒng)?!?br />
試驗臺
  美空軍研究實驗室在2015年立評估證明了發(fā)動機(jī)概念的技術(shù)可行性。隨后,美防部研究計劃局(DARPA)在2017年授予了Reaction Engines份預(yù)冷卻器的性能考核試驗合同。按照該合同,這次準(zhǔn)備在美開展的地面試驗主要用于評估考核預(yù)冷卻器在5馬赫來流條件下的性能。在此之前,Reaction Engines要在英的TF1試驗臺上完成HTX樣機(jī)的試驗前測試和調(diào)試等準(zhǔn)備工作。托馬斯表示,“這是個龐大的工程,目前我們在英美兩雙線并行開展工作,并努力保證在今年夏季末或秋季初能夠完成此次試驗驗證?!?br />
  盡管Reaction Engines的終目標(biāo)是研制推力44,000磅(約20噸)的Sabre發(fā)動機(jī)驗證機(jī),但Reaction Engines認(rèn)為HTX技術(shù)在先進(jìn)渦扇發(fā)動機(jī)和高超聲速飛行器的工程應(yīng)用上具有別的發(fā)展前景?!拔覀兣TX技術(shù)嫁接應(yīng)用到渦輪發(fā)動機(jī)上,以擴(kuò)展渦輪發(fā)動機(jī)在速度范圍或性能上的工作能力?!?br />
  無論是作為未來商業(yè)渦扇發(fā)動機(jī)核心的潛在發(fā)展,還是作為面超音速發(fā)動機(jī)的基礎(chǔ),將其變?yōu)楝F(xiàn)實的可能性似乎已經(jīng)顯著提高。近波音(Boeing)和羅爾斯-羅伊斯(Rolls-Royce)對Reaction Engines的戰(zhàn)略投資,大大增加了以上應(yīng)用前景的可能性。“現(xiàn)在我們背后有了強(qiáng)大的技術(shù)團(tuán)隊支撐,他們更能看清這項預(yù)冷卻器或者換熱器技術(shù)的應(yīng)用前景。他們能看清該技術(shù)的創(chuàng)新點(diǎn),看清該技術(shù)如何用于改進(jìn)現(xiàn)有產(chǎn)品以及未來潛能?!?br />
  2018年4月,波音和羅爾斯-羅伊斯會同BAE系統(tǒng)公司等聯(lián)合對Reaction Engines完成了新輪戰(zhàn)略投資,投資金額達(dá)2650萬英鎊(約合人民幣2.26億元)。2015年,BAE曾戰(zhàn)略投資Reaction Engines 2060萬英鎊(約合人民幣1.76億元)。輪融資中的其他投資者包括Baillie Gifford Asset Management和Woodford Investment Management?!拔覀儗εcReaction Engines的合作關(guān)系未來如何進(jìn)步發(fā)展感到非常興奮,”托馬斯說道。

  托馬斯表示,“HTX試驗的時間節(jié)點(diǎn)與我們的總體路線圖是高度統(tǒng)的。在美完成此次HTX樣機(jī)試驗之后,我們將在英進(jìn)行整個核心機(jī)的試驗。然后再進(jìn)行些預(yù)冷卻器的補(bǔ)充性試驗之后,我們將進(jìn)行Sabre發(fā)動機(jī)驗證機(jī)的尺寸地面試驗,再進(jìn)行飛行試驗。盡管目前預(yù)定的臺尺寸驗證機(jī)瞄準(zhǔn)的是20噸推力量,但這個尺寸是完可調(diào)的。這也是我們常被問到的個問題:‘這種發(fā)動機(jī)在技術(shù)上到底可以適應(yīng)多大的尺寸范圍?’我們所有人都知道尺寸完不是問題,我們目前也沒有限定死尺寸上的上限或下限。這也是我們?yōu)槭裁磳@個發(fā)動機(jī)采取了模塊化的設(shè)計。如果需要個大尺寸的發(fā)動機(jī),那就增加更多模塊就好了。如果能按比例縮放,那為什么要開發(fā)世界上的壓縮機(jī)?這有點(diǎn)像SpaceX的方法?!?br />
試驗臺
  Reaction Engines的TF1試驗臺位于英維斯科,這里將完成Sabre發(fā)動機(jī)臺驗證機(jī)的地面試驗?!拔覀儗⒃诮衲杲邮栈ǔ晒?,然后再完成相關(guān)設(shè)備的安裝調(diào)試工作,整個TF1試驗臺將在2019年具備試驗運(yùn)行條件。”

  托馬斯還透露,即使在美TF2試驗臺完成了HTX試驗,Reaction Engines仍將繼續(xù)運(yùn)營和使用該設(shè)施。“我們認(rèn)為該試驗臺既是研制試驗設(shè)施,也是后續(xù)我們繼續(xù)用于改進(jìn)預(yù)冷卻器技術(shù)、拓展其包線的基礎(chǔ)試驗設(shè)施。因此,我們將從純粹的性能考核試驗轉(zhuǎn)移到耐久性試驗等,因為我們想在開展飛行器研制之前積累預(yù)冷卻器盡量長時間的試車數(shù)據(jù)?!?br />
  核心機(jī)試驗?zāi)繕?biāo)是在2020年進(jìn)行,將聚焦于低耗油率、可操作性等。2021年進(jìn)行整機(jī)試驗,然后再開展飛行試驗。不過,托馬斯表示,考慮到目前募集的資金規(guī)模,“要完成整機(jī)試驗還需要在融資和能力建設(shè)上做更多工作。目前而言,我們開展工作的基點(diǎn)是2020年的核心機(jī)試驗和部分核心部件攻關(guān),這也是后續(xù)研究工作的基礎(chǔ)。但我們真正著眼的還是尺寸飛行驗證,以及為此需要開展的各方面工作?!?span id="__kindeditor_bookmark_start_0__">
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