航空航天技术的突破-协同吸气式火箭发动机SABRE介绍

发布时间：2022-12-22 09:34 所属栏目：15 来源：互联网

导读：体火箭发动机推动飞行器以0～M3速度飞行。当飞行速度超过M3后，火箭发动机转变为冲压发动机，从而推动飞行器达到M5且持续飞行。显然将液体火箭发动机与冲压发动机简单相加，必定造成结构、部分零组部件的冗余，使组合发动机的总效率降低，因此两者最大限度共

　　体火箭发动机推动飞行器以0～M3速度飞行。当飞行速度超过M3后，火箭发动机转变为冲压发动机，从而推动飞行器达到M5且持续飞行。显然将液体火箭发动机与冲压发动机简单相加，必定造成结构、部分零组部件的冗余，使组合发动机的总效率降低，因此两者最大限度共用结构、零组部件，既是关键、也是难点。

　　协同吸气式火箭发动机（Synergetic Air-Breathing Rocket Engine，SABRE）是将液体火箭发动机与冲压喷气发动机集成为一体的产物。液体火箭发动机与冲压发动机为一体化的并联结构组合，火箭发动机有预冷器、压缩机、涡轮泵、燃烧室、尾喷管等，与冲压发动机共用进气口、进气道、机舱结构等，两者还可共用煤油箱、煤油供油泵和部分管路等。

　　协同吸气式火箭发动机（SABRE）组成与结构示意图，由圆环形超音速进气口（SUPERSONIC AIR INTAKE）、机舱（NACELLE）、预冷器（PRE-COOLER）、压缩机（COMPRESSOR）、涡轮（TURBINE）、火箭发动机（ROCKET ENGINE）、冲压发动机（RAMJET）、尾喷管（NOZZLE）等主要部分组成，20个小型冲压发动机的尾喷管环绕在火箭发动机尾喷管周围

　　协同吸气式火箭发动机（SABRE）主要由圆环形超音速进气锥（Supersonic air intake cone）、机舱（Nacelle）、预冷器（Pre-cooler）、压缩机（Compressor）、涡轮（Turbine）、火箭发动机（Rocket engine）、喷嘴（Nozzle）、冲压发动机（Ramjet）等部分组成；液体火箭发动机从超音速进气口进入的空气，首先通过预冷器（其功能相当于第一级压缩机）冷却提高空气密度，涡轮带动压缩机旋转压缩送入的空气，压缩后的空气进入燃烧室，与从喷嘴喷出煤油混合后燃烧，最后从火箭发动机的尾喷管喷出产生推力；20个小型冲压发动机设置在火箭发动机尾喷管周围，在飞行速度超过M3后，从超音速进气道进入的空气被压缩，进入冲压发动机的燃烧室与从喷嘴喷出煤油混合后燃烧，产生高温燃气从20个小型尾喷管喷出，两者共同推动飞行器速度达到M5且能持续飞行

　　由于飞行器速度达到M5且持续飞行，旋转式多级轴流压气机完全不能满足压缩吸入空气的需求，协同吸气式火箭发动机（SABRE）的一个重大创新就是采用无旋转部件、冷却空气实现第一级空气压缩。在高超音速飞行时，进入协同吸气式火箭发动机（SABRE）的空气温度高达1000℃，该温度的空气密度很小，需要提高空气密度与煤油燃烧。为解决这个问题，采用由数以千计、壁厚比头发丝还薄、阿基米德螺旋线形薄壁管和在其中流动的冷却液组成预冷器，将进入预冷器的1000℃高温空气在50ms内降温——相当于实现了空气压缩，再用传统的压缩机进行第二次压缩后送火箭发动机燃烧室，可支持高超音速飞行器与M5速度连续飞行。

　　协同吸气式火箭发动机（SABRE）是航空航天技术的一个主要突破（A MAJOR BREAKTHROUGH IN AEROSPACE TECHNOLOGY），其重大创新——空气预冷器压缩机，1000℃高温热空气（Hot Air）在阿基米德螺旋线形薄壁管栅格中被流动的冷却剂（Coolant Flow）冷却，进入中间气路即为冷空气（Cold Air），极大降低了对火箭发动机涡轮驱动压缩机的要求，再用传统的压缩机进行第二次压缩后送火箭发动机燃烧室即可

　　协同吸气式火箭发动机（SABRE）工作时空气流动情况，红色气流为1000℃高温热空气在圆环形进气道中直接压缩，蓝色气流为在阿基米德螺旋线形薄壁管栅格中冷却的空气。

（编辑：ASP站长网）