Aviationweek網(wǎng)站2015年7月8日刊文指出，英國(guó)反作用發(fā)動(dòng)機(jī)公司首次披露了其所發(fā)展的一款航空航天用創(chuàng)新混合動(dòng)力高超聲速推進(jìn)系統(tǒng)的核心關(guān)鍵技術(shù)細(xì)節(jié)。
公司設(shè)計(jì)的“協(xié)同吸氣式火箭發(fā)動(dòng)機(jī)(Synergetic Air-Breathing Rocket Engine ，Sabre)”推動(dòng)飛行器以吸氣模式從靜止開始直到飛行馬赫5.5，然后以純火箭模式從大氣邊緣飛到地球低軌道。這一概念的一個(gè)基本推動(dòng)力是由數(shù)英里長(zhǎng)精細(xì)管路組成的復(fù)雜熱交換器系統(tǒng)，它使動(dòng)力系統(tǒng)直接從大氣中吸取氧氣用作燃料。
系統(tǒng)在小于1/100秒內(nèi)，使所吸入的超過1000℃的空氣冷卻至-150℃，經(jīng)過預(yù)冷卻的空氣通過渦輪壓氣機(jī)送入火箭燃燒室，在那里它與冷卻用液體氫燃燒。直到現(xiàn)在為止，系統(tǒng)工作時(shí)防止預(yù)冷器堵塞和結(jié)冰的手段仍然是公司嚴(yán)守的秘密。
反作用發(fā)動(dòng)機(jī)公司技術(shù)總監(jiān)兼首席設(shè)計(jì)師Richard Varvill說：“這相當(dāng)令人不解”。這里談到在美國(guó)航空航天學(xué)會(huì)(AIAA)的國(guó)際空天和高超聲速會(huì)議上演講時(shí)，Varvill解釋系統(tǒng)防霜是因?yàn)榭諝庠诳焖倮鋮s過程中相對(duì)濕度達(dá)到飽和而結(jié)霜析出。沉淀物“看起來像你在一個(gè)寒冷的冬日看到白色羽毛狀霜。不幸的是霜機(jī)械強(qiáng)度足夠，如果你什么都不做，霜會(huì)彌合管與管間的縫隙，大約3秒鐘就可將陣列管路阻塞”。
Varvill 進(jìn)一步說明：“太令人吃驚的是，在這種情況下我們使用了防凍液，甲醇。但是，我們?yōu)榍笞钚』栌昧恳韵喈?dāng)復(fù)雜的方式來使用甲醇。另外，我們不想所噴入的甲醇留在空氣流中，因?yàn)槲覀儗?shí)際上在將空氣冷卻到的點(diǎn)處甲醇自身也將凍結(jié)”。
要做到這一點(diǎn)，Varvill介紹反作用發(fā)動(dòng)機(jī)公司：“借鑒了化工行業(yè)的一招，我們?cè)谧罾潼c(diǎn)之一注入甲醇，對(duì)著氣流方向，我們有效地獲得了流向管陣列的水和甲醇混合物”。Varvill說這可能似乎有悖常理，系統(tǒng)通過捕捉水-甲烷混合物，并重新注入其更上游處而實(shí)現(xiàn)防霜。 “我們?cè)诠荜嚵兄杏卸鄠€(gè)注入引出點(diǎn)，但總的效果是甲醇和水的混合物，實(shí)際上是逆著空氣流方向流向管陣”。
他補(bǔ)充說，理由是在熱交換器管陣列的冷端，冷凝混合物幾乎全是甲醇，當(dāng)它向前方流動(dòng)時(shí)，甲醇將水拾起。 “在管陣列的入口幾乎全是水，所以與熱端相比，在冷端混合物中含甲醇更多。因?yàn)槟阋呀?jīng)在熱端提取出了大部分的水，這樣水就少了，并減少了需要投入預(yù)冷器中阻止結(jié)冰的甲醇的絕對(duì)用量” 。此外，因?yàn)橐簯B(tài)水量的減少，所以相對(duì)濕度也減小。 “最終的情況是，你以液體形式從氣流中抽出了所有水蒸汽，留下的是低于215K基本干燥的空氣。水蒸汽在這一溫度點(diǎn)上的分壓非常低，可以讓它穿過熱交換器，不會(huì)結(jié)冰”。
Varvill進(jìn)一步說明，把這個(gè)變成工程實(shí)際的艱巨任務(wù)是通過專門改裝有噴射和集水系統(tǒng)的風(fēng)洞進(jìn)行試驗(yàn)取得。防霜控制系統(tǒng)測(cè)試證明它維持穩(wěn)定工作的空氣溫度-80℃和同時(shí)以低壓力損失通過預(yù)冷卻器陣列的能力。
反作用發(fā)動(dòng)機(jī)公司因?yàn)樯暾?qǐng)專利而決定公開防霜控制技術(shù)。羅爾斯•羅伊斯公司前任技術(shù)和未來項(xiàng)目總工程師，現(xiàn)在作為常務(wù)董事執(zhí)掌反作用發(fā)動(dòng)機(jī)公司的馬克•托馬斯說：“要取得專利權(quán)就要知道是否涉及到其他公司。在這種情況下，你不能長(zhǎng)時(shí)間保持商業(yè)秘密，所以聰明的辦法最好是得到正式和法律上的保護(hù)。”托馬斯說反應(yīng)作用發(fā)動(dòng)機(jī)公司已接近“獲得批準(zhǔn)。”
公司正在開發(fā)主要用于“云霄塔”單級(jí)入軌空天飛機(jī)用的Sabre發(fā)動(dòng)機(jī)。但在潛在的飛機(jī)和兩級(jí)發(fā)射運(yùn)載工具應(yīng)用上，對(duì)此推進(jìn)系統(tǒng)和其預(yù)冷卻器技術(shù)表現(xiàn)出廣泛興趣。
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