江苏龙网

  1. 首页 > 生活 > >

HGV|( 三 )


主动冷却的道理不复杂 ， 优点也明显 ， 但恶魔就在细节之中 。 碳氢燃料在毛细管里的流动需要考虑淤塞问题 。 毛细管的分布更是有大讲究 ， 过于细密没有必要 ， 过于粗疏则达不到目的 。 更大的问题是 ， 在流动网络里 ， 优势流动（preferential flow）使得流动的分布偏离预想的均匀 ， 一束看起来差不多的管路里 ， 路径“顺”的流量可能高于需求 ， 路径“不顺”的则可能流量不足 ， 必须通过精细的管径、弯头设计来平衡流量分布 ， 确保均匀吸热 。 路径之间中途互联可以在部份路径淤塞的时候 ， 用绕流弥补 ， 但使得优势流动的问题进一步复杂化 。 毛细管内的流动还需要避免流体加热气化后导致气阻的问题 。
范学军团队不仅解决了大量理论和设计问题 ， 还在怀柔建造了大型测试装置 ， 解决了工程问题 ， 使得研究成果达到很高的技术成熟程度 。
根据力学所的介绍 ， 范学军在普林斯顿获得博士后 ， 成为力学所研究员、博导 ， 担任某部委运载技术专业组专家、国家重大专项燃料组专家与某重大专题技术首席 。 他在国内率先开展主动冷却发动机技术研究 ， 在力学所怀柔基地建成首套主动冷却技术综合试验平台 ， 技术上处于国际领先水平 。 他领导研制成功了我国首台主动冷却燃烧室并通过长时间试验考核 。 近年来 ， 共发表国内外杂志论文50多篇、会议论文与国防技术报告100多篇 ， 发明专利申请30多项、已授权近20项 。 2006年 ， 荣获国防科技二等奖；领导的技术研究团队荣获了国家重大专项2011年度优秀研究团队奖 ， 个人获得2013年度先进个人二等奖；同时获得首届“冲压发动机及其组合循环发动机科学研究兴舟奖”；2016年获得国务院“政府特殊津贴”；2017年被聘为中科院特聘研究员 。 但这不是中国高超音速科研大军里唯一的尖子队 ， 北航的高超音速强预冷团队是另一个 。
主动冷却技术提高发动机热端部件的耐热能力 ， 进气强预冷可以进一步提高 。 不久前 ， 英国的SABRE发动机实现了强预冷 ， 可在0.01秒内将1000度的进气冷却到零下150度 。 这是很了不起的成就 。 北航团队的具体技术和应用没有公布 ， 但也是同样性质的 。
【HGV|】强预冷不仅大幅度提高发动机热端部件的耐高温极限 ， 还急剧缩小了进气体积 ， 提高了进气密度 。 这使得在同样的进气口体积流量下 ， 压气机的体积流量大幅度降低；或者在同样的压气机体积流量下 ， 大幅度提高气流中的氧含量 。 前者可以等效为提高了进气口流速的上限 ， 使得同样的发动机技术可以在更高的速度下工作；后者对空气稀薄的极高空特别重要 ， 可以使得喷气发动机可以在更高的高空稳定工作 ， 降低空气摩擦阻力 ， 否则就需要使用重量大、成本高、工作时间短的火箭发动机了 。 SABRE正是这样的 。
HGV|
文章图片

SABRE的工作原理 ， 像层层盘起来的蚊香一样的预冷器是关键技术 。 橙色=冷却剂的流动方向 ， 红色=空气进气方向 ， 蓝色=空气出气方向
HGV|
文章图片

SABRE热力学循环简图 ， 蓝色=空气路线 ， 紫色= 氢路线 ， 绿色=氦回路 ， 红色=燃气路线
SABRE的全称是Synergetic Air Breathing Rocket Engine ， 大意为伴生吸气火箭发动机 。 这是一种用于水平起飞、单级入轨航天飞机的新概念混合动力发动机 ， 用强预冷使得从空气中吸取氧的工作状态可以一直维持到M5和超高空 ， 然后转入火箭动力 ， 进入空间飞行 。
具体来说 ， 进气在预冷器（PC）里强预冷后 ， 通过压气机（AC）达到高压 ， 一部分进入燃烧室（CC） ， 与预燃后炽热的贫氧富氢燃气混合燃烧 ， 通过喷嘴（Nozzle）产生推力；大部分空气进入预燃室（PB） ， 与氢气混合燃烧后 ， 加热氦气 。 氦气受热膨胀后 ， 推动氦气涡轮（HeT）驱动压气机 。 做功降温后但依然有很高温度的氦气通过换热器（HX4）使得液氢受热气化 ， 形成高压 ， 推动氢气涡轮（HT1）驱动液氢泵（LHP）从液氢储罐（LHT）里抽取液氢 。 降压后的氢气还有足够压力 ， 继续推动另一台氢气涡轮（HT2） ， 驱动氦气制冷压缩机（HeC） ， 用于预冷器 ， 就像电冰箱里的氟利昂压缩机提供制冷剂一样 。 事实上 ， 氦在这里就相当于氟利昂 。


推荐阅读


上一篇：虎鲸|

下一篇：排华运动|