英「佩刀」空天發動機驗證機預冷器 完成高溫考核試驗

中國航空報訊：2019年4月7日，美國《航空周刊與空間技術》網站等報道稱：2019年3月25日，英國反作用發動機有限公司（REL）在美國科羅拉多州航空航天港TF2試驗站成功完成了「佩刀」發動機驗證機全尺寸預冷卻器（HTX）樣機在馬赫數3.3條件下的高溫考核試驗。

這是REL公司首次開展全尺寸HTX樣機的高溫試驗，也是TF2試驗站建成以來的首次試驗。本次試驗成功驗證了HTX樣機能夠快速冷卻美國通用電氣公司J79渦噴發動機在最大軍用推力條件下產生的高溫氣流的能力。根據試驗結果，HTX樣機將426℃的高溫氣流在0.05秒的時間內冷卻到了約100℃，產生了約1.5兆瓦的熱交換效率，為後續進一步冷卻J79渦噴發動機在最大加力推力下產生的高溫氣流奠定了基礎。REL公司官方網站報道稱，本次試驗達到了全部預定目標。公司計劃利用TF2試驗站在未來數月內進一步開展馬赫數4.2和馬赫數5模擬高溫氣流條件下的考核試驗。根據設計要求，HTX樣機最終要實現將馬赫數5、總溫1000℃的高溫氣流在0.05秒內冷卻到約100℃。

本次試驗同時也驗證了TF2試驗站全球領先的試驗能力。TF2試驗站採用J79渦噴發動機作為熱源來產生高溫高速氣流，可在J79最大加力推力條件下模擬馬赫數5、總溫約1000℃的氣流環境，能夠覆蓋「佩刀」發動機驗證機的全部飛行包線。REL公司CEO托馬斯表示，「我們還沒有發現全球還有其他試驗設施能夠安全可靠地實現（TF2的）這些試驗能力。實際上我們目前募集到的資金很大一部分都投入到了TF2試驗站的研製和建造。」TF2試驗站採用了一套複雜的氦循環冷卻及控制系統，可在模擬的飛行環境中實現恰當的冷卻能力。「TF2試驗站為滿足『佩刀』發動機驗證機的要求，設計指標定為馬赫數5，但我們還可以進一步擴展試驗能力。實際上，我們已經打算未來將TF2擴展用於其他推進系統和高超聲速試驗。」

在使用TF2試驗站開展HTX樣機考核試驗的同時，REL公司正在同步開展「佩刀」發動機驗證機核心機的地面試驗工作。在本次試驗前不久，公司與英國航天局和歐洲航天局剛剛聯合主導完成了核心機的初步設計評審，後續將繼續開展關鍵設計評審和核心機製造，並計劃2020年在英國韋斯特考特TF1試驗站完成核心機的地面試驗。「佩刀」發動機驗證機核心機將集成熱交換器、燃燒室和渦輪機械部件，包含有一套由閉式氦循環驅動的軸對稱空氣壓縮機和液氫排熱系統，將完全體現「佩刀」發動機的核心熱力循環。最終的「佩刀」發動機驗證機整機還將在核心機的基礎上集成預冷卻器、火箭發動機和衝壓發動機，目前「佩刀」發動機驗證機的試驗場地還未最終確定。根據設計，「佩刀」發動機驗證機將實現10噸推力量級，可以支撐實現相對小型的飛行器的飛行試驗。同時，四台「佩刀」發動機驗證機可以整合形成一台大型「佩刀」發動機，可支撐實現實用型飛行器。

此外，REL公司正在積極探索和擴展預冷卻器技術的應用範圍和前景，包括航空航天、汽車和其他工業用途，例如渦噴和渦扇發動機擴包線、賽車發動機、發電站增效等。托馬斯透露，預冷卻器技術可以顯著擴展傳統航空發動機的工作包線，公司已經安排啟動了相關設計研究工作，並且已經和相關工業部門在研究該技術在未來航空發動機超輕質、高性能、低總壓損失和減阻等發展方向上的應用前景。除了提高渦輪發動機的速度外，該技術還可用於實現先進的熱管理系統，可支撐未來多電飛機以及採用變循環發動機和定向能武器的下一代作戰飛機。目前民用超聲速和混合電動推進是兩大潛在的新興市場。「在混合電動方向，我認為我們的預冷卻器將會有很好的前景。我們與戰略投資方BAE、羅羅和波音已經展開了相關討論，我相信我們可以在該領域有所作為。」托馬斯三大航空巨頭對「佩刀」發動機及其預冷卻器技術展現出越來越大的興趣。REL公司近三年來總計獲得了1.3億美元的融資。在賽車發動機應用方向上，REL公司已經從紅牛世界一級方程式競標賽車隊先進技術團隊引進了相關專家來聯合開展研究，正在探索微型預冷卻器在高端賽車和賽車發動機上的早期應用。（廖孟豪）

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