涡轮喷气发动机被用作超音速发动机的热源设备

　　据《航空周刊》网站5月15日报道，英先进推进系统开发商Reaction Engines已经迈出了验证其新型喷气混合动力火箭在超音速条件下飞行的步，将通用电气（General Electric）J79涡轮喷气发动机作为测试的热源，具体情况预计将在本月晚些时候发布。
　　J79涡喷发动机曾配装麦道（McDonnell Douglas）F-4“鬼怪”战斗机，此次被Reaction Engines用作其高温气流试验台（新建于科罗拉多沃金斯附近的Front Range机场）的核心设备。J79提供的1000℃高温燃气经过与加热空气混合后用于模拟产生相当于5马赫飞行环境下的进气条件。

　　该流程将验证作为Reaction Sabre（协同式空气呼吸火箭发动机）核心的预冷换热器（HTX）的可操作性和性能。它也是从大气中提取氧气的关键，可以从开始就加速到超音速。 HTX会在不到1/20秒的时间内将气流冷却至零下150℃，然后通过涡轮压缩机进入火箭燃烧室，在那里燃烧过冷液态氢（LH）燃料。超过5马赫，在海拔将近10万英尺的情况下，进气道将被关闭，发动机将继续作为由车载液氧和LH供能的闭式循环火箭发动机运行。

　　Reaction Engines总裁亚当·迪塞尔（Adam Dissel）表示：“试验台的调试工作将持续到6月份。我们将通过调整燃气与空气的混合比来调整气流参数，以便能够准确模拟预冷却器在实际飞行过程中面临的工作条件。假设飞行器从跑道起飞后，需要4-5分钟加速到5马赫以上，那我们就要调试出在这个爬升加速过程中的来流温度、压力和流量等参数，确保气流变化能够与飞行过程致。”

　　Reaction Engines执行官马克·托马斯（Mark Thomas）透露，Reaction Engines将于今年夏季在英（TF1试验台）完成HTX测试样机的制造，然后再运输到科罗拉州的试验台进行试验。这台HTX与之前的HTX设计方案又有所改进，它由数以千计的薄壁管职称，带来大表面积、低重量，“总体尺寸都差不多，但安装连接了尺寸更大的冷却剂输送系统。”
　　美空军研究实验室在2015年立评估证明了发动机概念的技术可行性。随后，美防部研究计划局（DARPA）在2017年授予了Reaction Engines份预冷却器的性能考核试验合同。按照该合同，这次准备在美开展的地面试验主要用于评估考核预冷却器在5马赫来流条件下的性能。在此之前，Reaction Engines要在英的TF1试验台上完成HTX样机的试验前测试和调试等准备工作。托马斯表示，“这是个庞大的工程，目前我们在英美两双线并行开展工作，并努力保证在今年夏季末或秋季初能够完成此次试验验证。”

　　尽管Reaction Engines的终目标是研制推力44,000磅（约20吨）的Sabre发动机验证机，但Reaction Engines认为HTX技术在先进涡扇发动机和高超声速飞行器的工程应用上具有别的发展前景。“我们努力将HTX技术嫁接应用到涡轮发动机上，以扩展涡轮发动机在速度范围或性能上的工作能力。”

　　无论是作为未来商业涡扇发动机核心的潜在发展，还是作为面超音速发动机的基础，将其变为现实的可能性似乎已经显著提高。近波音（Boeing）和罗尔斯-罗伊斯（Rolls-Royce）对Reaction Engines的战略投资，大大增加了以上应用前景的可能性。“现在我们背后有了强大的技术团队支撑，他们更能看清这项预冷却器或者换热器技术的应用前景。他们能看清该技术的创新点，看清该技术如何用于改进现有产品以及未来潜能。”

　　2018年4月，波音和罗尔斯-罗伊斯会同BAE系统公司等联合对Reaction Engines完成了新轮战略投资，投资金额达2650万英镑（约合人民币2.26亿元）。2015年，BAE曾战略投资Reaction Engines 2060万英镑（约合人民币1.76亿元）。轮融资中的其他投资者包括Baillie Gifford Asset Management和Woodford Investment Management。“我们对与Reaction Engines的合作关系未来如何进步发展感到非常兴奋，”托马斯说道。

　　托马斯表示，“HTX试验的时间节点与我们的总体路线图是高度统的。在美完成此次HTX样机试验之后，我们将在英进行整个核心机的试验。然后再进行些预冷却器的补充性试验之后，我们将进行Sabre发动机验证机的尺寸地面试验，再进行飞行试验。尽管目前预定的台尺寸验证机瞄准的是20吨推力量，但这个尺寸是完可调的。这也是我们常被问到的个问题：‘这种发动机在技术上到底可以适应多大的尺寸范围？’我们所有人都知道尺寸完不是问题，我们目前也没有限定死尺寸上的上限或下限。这也是我们为什么对这个发动机采取了模块化的设计。如果需要个大尺寸的发动机，那就增加更多模块就好了。如果能按比例缩放，那为什么要开发世界上的压缩机？这有点像SpaceX的方法。”
　　Reaction Engines的TF1试验台位于英维斯科，这里将完成Sabre发动机台验证机的地面试验。“我们将在今年接收基建成果，然后再完成相关设备的安装调试工作，整个TF1试验台将在2019年具备试验运行条件。”

　　托马斯还透露，即使在美TF2试验台完成了HTX试验，Reaction Engines仍将继续运营和使用该设施。“我们认为该试验台既是研制试验设施，也是后续我们继续用于改进预冷却器技术、拓展其包线的基础试验设施。因此，我们将从纯粹的性能考核试验转移到耐久性试验等，因为我们想在开展飞行器研制之前积累预冷却器尽量长时间的试车数据。”

　　核心机试验目标是在2020年进行，将聚焦于低耗油率、可操作性等。2021年进行整机试验，然后再开展飞行试验。不过，托马斯表示，考虑到目前募集的资金规模，“要完成整机试验还需要在融资和能力建设上做更多工作。目前而言，我们开展工作的基点是2020年的核心机试验和部分核心部件攻关，这也是后续研究工作的基础。但我们真正着眼的还是尺寸飞行验证，以及为此需要开展的各方面工作。”