• 相关专题
汉同

2015-07-15 | 聚焦

反作用发动机公司披露Sabre发动机的防霜控制技术秘密

Aviationweek网站2015年7月8日刊文指出,英国反作用发动机公司首次披露了其所发展的一款航空航天用创新混合动力高超声速推进系统的核心关键技术细节。

公司设计的“协同吸气式火箭发动机(Synergetic Air-Breathing Rocket Engine ,Sabre)”推动飞行器以吸气模式从静止开始直到飞行马赫5.5,然后以纯火箭模式从大气边缘飞到地球低轨道。这一概念的一个基本推动力是由数英里长精细管路组成的复杂热交换器系统,它使动力系统直接从大气中吸取氧气用作燃料。

系统在小于1/100秒内,使所吸入的超过1000℃的空气冷却至-150℃,经过预冷却的空气通过涡轮压气机送入火箭燃烧室,在那里它与冷却用液体氢燃烧。直到现在为止,系统工作时防止预冷器堵塞和结冰的手段仍然是公司严守的秘密。

反作用发动机公司技术总监兼首席设计师Richard Varvill说:“这相当令人不解”。这里谈到在美国航空航天学会(AIAA)的国际空天和高超声速会议上演讲时,Varvill解释系统防霜是因为空气在快速冷却过程中相对湿度达到饱和而结霜析出。沉淀物“看起来像你在一个寒冷的冬日看到白色羽毛状霜。不幸的是霜机械强度足够,如果你什么都不做,霜会弥合管与管间的缝隙,大约3秒钟就可将阵列管路阻塞”。

Varvill 进一步说明:“太令人吃惊的是,在这种情况下我们使用了防冻液,甲醇。但是,我们为求最小化需用量以相当复杂的方式来使用甲醇。另外,我们不想所喷入的甲醇留在空气流中,因为我们实际上在将空气冷却到的点处甲醇自身也将冻结”。

要做到这一点,Varvill介绍反作用发动机公司:“借鉴了化工行业的一招,我们在最冷点之一注入甲醇,对着气流方向,我们有效地获得了流向管阵列的水和甲醇混合物”。Varvill说这可能似乎有悖常理,系统通过捕捉水-甲烷混合物,并重新注入其更上游处而实现防霜。 “我们在管阵列中有多个注入引出点,但总的效果是甲醇和水的混合物,实际上是逆着空气流方向流向管阵”。

他补充说,理由是在热交换器管阵列的冷端,冷凝混合物几乎全是甲醇,当它向前方流动时,甲醇将水拾起。 “在管阵列的入口几乎全是水,所以与热端相比,在冷端混合物中含甲醇更多。因为你已经在热端提取出了大部分的水,这样水就少了,并减少了需要投入预冷器中阻止结冰的甲醇的绝对用量” 。此外,因为液态水量的减少,所以相对湿度也减小。 “最终的情况是,你以液体形式从气流中抽出了所有水蒸汽,留下的是低于215K基本干燥的空气。水蒸汽在这一温度点上的分压非常低,可以让它穿过热交换器,不会结冰”。

Varvill进一步说明,把这个变成工程实际的艰巨任务是通过专门改装有喷射和集水系统的风洞进行试验取得。防霜控制系统测试证明它维持稳定工作的空气温度-80℃和同时以低压力损失通过预冷却器阵列的能力。

反作用发动机公司因为申请专利而决定公开防霜控制技术。罗尔斯•罗伊斯公司前任技术和未来项目总工程师,现在作为常务董事执掌反作用发动机公司的马克•托马斯说:“要取得专利权就要知道是否涉及到其他公司。在这种情况下,你不能长时间保持商业秘密,所以聪明的办法最好是得到正式和法律上的保护。”托马斯说反应作用发动机公司已接近“获得批准。”

公司正在开发主要用于“云霄塔”单级入轨空天飞机用的Sabre发动机。但在潜在的飞机和两级发射运载工具应用上,对此推进系统和其预冷却器技术表现出广泛兴趣。

收藏
阅读数:
原文链接:aviationweek网站
`

相关推荐

没有相关内容

作者关注

同源信息

`