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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)

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