【文/觀察者網(wǎng) 堵開源】

美國《航空周刊》網(wǎng)站4月7日?qǐng)?bào)道，美國“反應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)”公司宣布，該公司研制先進(jìn)吸氣式高速推進(jìn)系統(tǒng)最近完成了一次里程碑性的實(shí)驗(yàn)，通過預(yù)冷器將模擬3.3馬赫的來流調(diào)節(jié)到模擬海平面氣壓條件。按設(shè)計(jì)要求，這一系統(tǒng)未來將可以制造出能在5馬赫的飛行速度下產(chǎn)生足夠推進(jìn)力的吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的高超聲速飛行的目標(biāo)。

據(jù)報(bào)道，這次試驗(yàn)是在反映發(fā)動(dòng)機(jī)公司在美國科羅拉多州沃特金斯附近航空航天港新建的TF2試驗(yàn)設(shè)施內(nèi)進(jìn)行的，該公司30年前在英國成立，并開始進(jìn)行這種先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的研制。

TF2試驗(yàn)設(shè)施外景，左側(cè)廠房內(nèi)是一臺(tái)J79發(fā)動(dòng)機(jī)，圖中可見冷卻用液氦儲(chǔ)罐（三個(gè)白色罐子）等附屬設(shè)施

這次進(jìn)行試驗(yàn)的是該發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部分輕型熱交換器（HTX），該裝置旨在大大降低進(jìn)氣溫度（T3），從而降低進(jìn)氣馬赫數(shù)，它可以將很大速度范圍內(nèi)的進(jìn)氣降低到海平面氣壓，這意味著它可以在高超聲速條件下產(chǎn)生正推力。

HTX設(shè)計(jì)上能夠在高速飛行中將進(jìn)氣溫度大大降低，從而使渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)能夠工作，而其最終目標(biāo)則是直接用熱交換器將空氣中的氧氣液化并儲(chǔ)存起來，供火箭發(fā)動(dòng)機(jī)工作，這種發(fā)動(dòng)機(jī)代號(hào)SABRE，它可以作為空天飛機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)使用。

2012年，反應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)公司制造出了第一個(gè)能夠運(yùn)轉(zhuǎn)的縮比熱交換器原型機(jī)，而最近他們的實(shí)驗(yàn)中則成功展示了一臺(tái)大尺寸的預(yù)冷器，一臺(tái)通用動(dòng)力J79發(fā)動(dòng)機(jī)最大軍推的噴流經(jīng)過預(yù)冷器的處理后，降低到了較低的溫度和壓力。這臺(tái)系統(tǒng)由16800根超細(xì)管組成，能夠以較輕的重量達(dá)到盡可能高的工作面積，該系統(tǒng)是根據(jù)該公司與美國國防部先進(jìn)技術(shù)研究署（DARPA）2017年簽署的合約研制。

據(jù)報(bào)道，在這次實(shí)驗(yàn)中，進(jìn)氣溫度達(dá)到了426℃，而經(jīng)過HTX處理后的氣流溫度降低到了100℃左右，接下來該公司將進(jìn)行J79最大加力推力條件下的實(shí)驗(yàn)，最大加力條件下， J79噴射的氣流溫度將高達(dá)1000℃左右，相當(dāng)于5馬赫速度飛行時(shí)的進(jìn)氣條件。按計(jì)劃，HTX將在1/20秒時(shí)間內(nèi)，將氣流溫度降低到100℃左右。更高的溫度不僅將考驗(yàn)熱交換器的換熱能力，更將考驗(yàn)其中每一根細(xì)管的性能，它們將通過氦氣進(jìn)行冷卻，來降低溫度。

高溫氣流從左側(cè)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)裝置，經(jīng)過冷卻后從右側(cè)噴出

反應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)公司總裁迪塞爾表示：“這是我們第一次進(jìn)行高溫條件下的預(yù)熱器試驗(yàn)，性能表現(xiàn)似乎在預(yù)料之內(nèi)，數(shù)據(jù)質(zhì)量比我們預(yù)計(jì)的還要好。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中模擬了從起飛到馬赫數(shù)3.3的氣流條件，也就是相當(dāng)于洛克希德SR-71的飛行速度?！?

據(jù)悉，這次試驗(yàn)是在3月25日進(jìn)行的，在接下來幾個(gè)月中，在同一設(shè)施內(nèi)，將進(jìn)行模擬馬赫數(shù)4.2到5的試驗(yàn)。

報(bào)道稱，這次試驗(yàn)中使用的TF2設(shè)施是專門為了測試新型發(fā)動(dòng)機(jī)而設(shè)立，該系統(tǒng)具備模擬飛行全程條件下對(duì)作為冷卻劑的氦氣進(jìn)行冷卻的能力，目前尚無其他類似設(shè)施具備這樣的制冷能力（實(shí)際飛行中發(fā)動(dòng)機(jī)自身將提供制冷的動(dòng)力），該設(shè)施的建設(shè)資金來自于美國和英國的政府和商業(yè)投資。

反應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)公司的技術(shù)負(fù)責(zé)人表示如果需要，TF2設(shè)施也可以承擔(dān)超過馬赫5以上的試驗(yàn)所需的條件，未來TF2設(shè)施也將可以用于其他推進(jìn)系統(tǒng)和高超聲速試驗(yàn)任務(wù)。

驗(yàn)證試驗(yàn)裝置，高溫氣流將通過一萬多根細(xì)管，經(jīng)過氦氣冷卻，在1/20秒內(nèi)被降低數(shù)百攝氏度

最近的測試結(jié)果對(duì)于反應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)公司擬定的擴(kuò)展商業(yè)用途的計(jì)劃也是一個(gè)好消息，目前他們已經(jīng)提出了一系列將高效熱交換器用于更多領(lǐng)域的計(jì)劃，包括用于提高現(xiàn)役渦扇和渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)性能，增加燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電廠工作效率，以及增強(qiáng)賽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能等。

此外，高效熱交換器技術(shù)對(duì)于美國的高超聲速技術(shù)研究還有一個(gè)重要用途，就是用于熱管理方面。去年美國國防部副部長格里芬曾在美國高超聲速學(xué)術(shù)會(huì)議上表示目前美國在這一領(lǐng)域的廠商技術(shù)實(shí)力衰退，導(dǎo)致高超聲速導(dǎo)彈的性能達(dá)不到預(yù)想水平，而反應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)公司的熱交換機(jī)顯然在這方面是一個(gè)突破。據(jù)稱，這一項(xiàng)目也得到了BAE系統(tǒng)、羅爾斯·羅伊斯和波音公司的支持。

此外，反應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)公司方面表示，隨著這次試驗(yàn)的成功，他們下一步研制更先進(jìn)的SABRE發(fā)動(dòng)機(jī)也更有信心，預(yù)計(jì)將會(huì)建造2萬磅推力的演示原型機(jī)，可以用于推動(dòng)較小的試驗(yàn)機(jī)——如果采用3機(jī)并聯(lián)，就可以用于實(shí)現(xiàn)具有進(jìn)入太空作業(yè)能力的空天飛機(jī)。

該項(xiàng)目最終目標(biāo)是研制能將空氣中的氧氣直接制成液氧并儲(chǔ)存用于大氣層內(nèi)外飛行的SABRE發(fā)動(dòng)機(jī)

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