艾伦·邦德和“佩刀”发动机

发布时间：2021-12-24 12:34

　　"佩刀"（SABRE）发动机结合了涡轮发动机、火箭发动机和冲压发动机的特点,是一款创新性的协同吸气式火箭发动机。通过回顾艾伦·邦德在"佩刀"发动机研发中发挥的作用,介绍了"佩刀"发动机组成和采用的新技术,分析了吸气式和火箭式两种工作模态及相应工作原理,展望了"佩刀"发动机广泛的应用前景。 

【文章来源】：科技导报. 2020,38(12)北大核心CSCD

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【部分图文】：

液化空气循环发动机（LACE）结构示意

艾伦·邦德认为可以通过减少冷却空气的氢量以提高发动机效率，还提出需研制更轻质、更有效的热交换器。当时影响热交换器效率的最大问题是结霜问题，罗尔斯-罗伊斯公司依据艾伦·邦德的想法进行了试验，证实可成功解决结霜问题使得热交换器更为有效。液化空气循环中冷却用液氢比燃烧所需的氢燃料多，若将这些多余的氢通入燃烧室进行燃烧会降低燃烧效率，故艾伦·邦德提议将经过热交换器后的氢排放掉，提高燃烧室的燃烧效率。随着研究的逐步深入，艾伦·邦德发现如增加一个溢流系统，将多余的空气通过喷管排出，可补充部分推力，还可在溢流涵道出口处加装燃烧室，构成简单的冲压发动机结构，利用排放的氢作为燃料，提高燃料利用率并能增加发动机推力，使发动机的性能提高。采用这种新型循环的发动机叫做RB545“燕子”吸气式火箭发动机，其循环模式如图2所示[4]。最初在英国政府的支持下，罗尔斯-罗伊斯公司和英国宇航公司共同投资，合作开展HOTOL空天飞机及RB545发动机的研制。但最终由于国际形势的变化和英国政府中断投资，1988年，HOTOL计划被迫终止。

1989年，艾伦·邦德（图3，左一）不甘于HOTOL计划的夭折，与2名火箭工程师理查德·瓦威尔、约翰·斯科特一同成立了REL，并自筹资金继续对HOTOL计划中的技术问题进行攻关研究。“佩刀”发动机由此诞生。“佩刀”发动机（图4）分成核心机和机舱两部分。核心机由2个独立的火箭发动机和1个空气供应系统组成。机舱由1个进气道、多个外涵冲压燃烧室组成。“佩刀”发动机以氢氧火箭发动机为核心，利用了航空燃气涡轮发动机的进气道和压气机技术、亚燃冲压发动机技术以及闭式氦气布雷顿循环技术，是4种技术的有机结合。为提高发动机效率，“佩刀”发动机在原RB545发动机循环中引入了第三流体循环——氦循环，利用液氢冷却氦气，再利用低温氦冷却来流[4]。

【参考文献】：
期刊论文
[1]SABRE吸气模式热力循环及预冷器性能分析[J]. 杨新垒,聂万胜,刘晓慧.  战术导弹技术. 2018(01)
[2]SABRE发动机吸气模式下氦气闭式循环特性分析[J]. 张志刚,陈静敏,李志永,段晰怀,郑日恒.  战术导弹技术. 2016(02)
[3]英国“云霄塔”空天飞机的最新进展[J]. 康开华.  国际太空. 2014(07)
[4]云霄塔空天飞机的最终试验前景未卜[J]. 周军,邢娅.  飞航导弹. 2014(01)
[5]SKYLON飞行器与SABRE发动机研究[J]. 牛文,李文杰.  飞航导弹. 2013(03)



本文编号：3550495