這款空天發動機完成關鍵試驗,能瞬間將1000度氣流冷卻到零下150度

英國佩刀發動機可以用於新一代空天飛機

近日有消息說英國佩刀發動機成功完成冷卻系統試驗，標誌著這種發動機研製取得了重大進展，為整機研製打下了堅實的基礎。

根據相關消息，佩刀發動機它的冷卻系統在速度為5馬赫條件下，在0,05秒鐘之內成功冷卻溫度高達1000度的氣流，達到了預期目標。

佩刀發動機結構示意圖，注意圖下衝壓燃燒室

佩刀發動機是英國為空天飛機研製新一代發動機，它主要目標是為高超聲飛行器、空天飛機提供動力系統。現在航空渦噴發動機工作速度很難超過3馬赫，火箭發動機幾乎不能重複使用。而佩刀發動機成功將兩種發動機結合在一起，共用渦輪泵、尾噴管等部件，形成渦輪/火箭發動機。考慮到飛行器高速飛行，佩刀發動機還裝有若干個衝壓燃燒室，也能夠為發動機提供一定的推力。

佩刀發動機關鍵就是將渦噴發動機工作速度提高到5馬赫，這樣就可以給火箭發動機提供更大初始動能和高度，然後發動機轉換成火箭模式，實現單級入軌。前面說過渦噴發動機工作速度很難超過5馬赫，其中一個難題就是高速氣流無法直接進入燃燒室燃燒，需要進行減速，在這個過程之中氣動做功發熱，氣流減速過程之中溫度會迅速升高。而渦噴發動機推力來源於氣流進/排之間的溫度差，進氣流溫度越高，發動機推力相應就越低。現在解決辦法就是超燃衝壓發動機，它讓氣流不經減速直接進入燃燒室燃燒，但是超燃衝壓發動機難度太大，並且需要其他動力系統提供啟動速度，動力系統非常複雜。

預冷器是佩刀發動機研製關鍵

佩刀發動機發展路線圖

佩刀發動機選擇技術路線對氣流進行冷卻，這樣就能提高發動機進/排溫度差，從而得到提高發動機推力，增加工作速度。這樣優點就是發動機結構相對簡單，減少體積和重量，這對於空天飛機來說是非常寶貴的。不過佩刀發動機難點就是發動機冷卻，由於氣流速度極高，從進氣道到燃燒室距離又非常短，因此要求冷卻系統能夠在這極短時間之內完成對氣流冷卻，另外一方面又不能結霜，避免發動機管道堵塞，實現

起難度非常大。佩刀發動機採用液氦作為發動機冷卻系統媒介，以避免氫脆現象，另外它的預冷器呈螺旋狀，由大量金屬管組成，這些微管道增大與空氣接觸的面積，提高熱交換效率，可以有效冷卻來流。按照工程技術人員的說法，佩刀發動機冷卻器能在百分之一秒內，將氣流從1000攝氏度冷卻到零下150攝氏度，並且不會造成霜凍堵塞。

佩刀發動機可以實現單級入軌

由於佩刀發動機實現了渦輪發動機直接轉換火箭發動機，飛行包線更加寬廣，速度可以從0到20馬赫，實現單級入軌。發動機不需要衝壓發動機過渡，結構更加簡單，體積和重量更低，比衝、推重比和油耗等方面性能都要優於渦輪/衝壓發動機等組合發動機。正是它擁有上述優點，英國在過去30年時間之內一直堅持發展這種發動機，計劃以佩刀發動機發展SKYLON空天飛機，實現單級入軌，SKYLON空天飛機長約 83.米，機身最大直徑 6 米，翼展 25.米，空重 53 噸，可用推進劑質量 250噸，額定起飛質量約 325 噸。採用主推進系統由兩臺佩刀發動機組成，軌道和姿態控制由 2 臺推力 軌道機動發動機以及安裝在後部的 32 臺反作用控制系統完成。SKYLON空天飛機可以象普通飛機那樣從普通機場起飛，佩刀發動機先在渦噴模式下將飛機加速到M5，高度接近3萬米，然後轉換成火箭發動機，實現單級入軌。由於佩刀發動機具備較高效能，所以美國、歐洲也計劃引進佩刀發動機，研製高超聲速飛行器和空天飛機。