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【文/觀察者網(wǎng) 堵開源】

美國《航空周刊》網(wǎng)站4月7日報道，美國“反應發(fā)動機”公司宣布，該公司研制先進吸氣式高速推進系統(tǒng)最近完成了一次里程碑性的實驗，通過預冷器將模擬3.3馬赫的來流調(diào)節(jié)到模擬海平面氣壓條件。按設計要求，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)生足夠推進力的吸氣式發(fā)動機，實現(xiàn)經(jīng)濟的高超聲速飛行的目標。

據(jù)報道，這次試驗是在反映發(fā)動機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試驗設施內(nèi)進行的，該公司30年前在英國成立，并開始進行這種先進發(fā)動機的研制。

TF2試驗設施外景，左側(cè)廠房內(nèi)是一臺J79發(fā)動機，圖中可見冷卻用液氦儲罐（三個白色罐子）等附屬設施

這次進行試驗的是該發(fā)動機的核心部分輕型熱交換器（HTX），該裝置旨在大大降低進氣溫度（T3），從而降低進氣馬赫數(shù)，它可以將很大速度范圍內(nèi)的進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設計上能夠在高速飛行中將進氣溫度大大降低，從而使渦輪噴氣發(fā)動機能夠工作，而其最終目標則是直接用熱交換器將空氣中的氧氣液化并儲存起來，供火箭發(fā)動機工作，這種發(fā)動機代號SABRE，它可以作為空天飛機的動力系統(tǒng)使用。

2012年，反應發(fā)動機公司制造出了第一個能夠運轉(zhuǎn)的縮比熱交換器原型機，而最近他們的實驗中則成功展示了一臺大尺寸的預冷器，一臺通用動力J79發(fā)動機最大軍推的噴流經(jīng)過預冷器的處理后，降低到了較低的溫度和壓力。這臺系統(tǒng)由16800根超細管組成，能夠以較輕的重量達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技術(shù)研究署（DARPA）2017年簽署的合約研制。

據(jù)報道，在這次實驗中，進氣溫度達到了426℃，而經(jīng)過HTX處理后的氣流溫度降低到了100℃左右，接下來該公司將進行J79最大加力推力條件下的實驗，最大加力條件下， J79噴射的氣流溫度將高達1000℃左右，相當于5馬赫速度飛行時的進氣條件。按計劃，HTX將在1/20秒時間內(nèi)，將氣流溫度降低到100℃左右。更高的溫度不僅將考驗熱交換器的換熱能力，更將考驗其中每一根細管的性能，它們將通過氦氣進行冷卻，來降低溫度。

高溫氣流從左側(cè)進入實驗裝置，經(jīng)過冷卻后從右側(cè)噴出

反應發(fā)動機公司總裁迪塞爾表示：“這是我們第一次進行高溫條件下的預熱器試驗，性能表現(xiàn)似乎在預料之內(nèi)，數(shù)據(jù)質(zhì)量比我們預計的還要好。我們在實驗中模擬了從起飛到馬赫數(shù)3.3的氣流條件，也就是相當于洛克希德SR-71的飛行速度?！?

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

報道稱，這次試驗中使用的TF2設施是專門為了測試新型發(fā)動機而設立，該系統(tǒng)具備模擬飛行全程條件下對作為冷卻劑的氦氣進行冷卻的能力，目前尚無其他類似設施具備這樣的制冷能力（實際飛行中發(fā)動機自身將提供制冷的動力），該設施的建設資金來自于美國和英國的政府和商業(yè)投資。

反應發(fā)動機公司的技術(shù)負責人表示如果需要，TF2設施也可以承擔超過馬赫5以上的試驗所需的條件，未來TF2設施也將可以用于其他推進系統(tǒng)和高超聲速試驗任務。

驗證試驗裝置，高溫氣流將通過一萬多根細管，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)果對于反應發(fā)動機公司擬定的擴展商業(yè)用途的計劃也是一個好消息，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域的計劃，包括用于提高現(xiàn)役渦扇和渦噴發(fā)動機性能，增加燃氣輪機發(fā)電廠工作效率，以及增強賽車發(fā)動機性能等。

此外，高效熱交換器技術(shù)對于美國的高超聲速技術(shù)研究還有一個重要用途，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術(shù)會議上表示目前美國在這一領域的廠商技術(shù)實力衰退，導致高超聲速導彈的性能達不到預想水平，而反應發(fā)動機公司的熱交換機顯然在這方面是一個突破。據(jù)稱，這一項目也得到了BAE系統(tǒng)、羅爾斯·羅伊斯和波音公司的支持。

此外，反應發(fā)動機公司方面表示，隨著這次試驗的成功，他們下一步研制更先進的SABRE發(fā)動機也更有信心，預計將會建造2萬磅推力的演示原型機，可以用于推動較小的試驗機——如果采用3機并聯(lián)，就可以用于實現(xiàn)具有進入太空作業(yè)能力的空天飛機。

該項目最終目標是研制能將空氣中的氧氣直接制成液氧并儲存用于大氣層內(nèi)外飛行的SABRE發(fā)動機

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