未来航天器发动机可自动“吸氧” 效率更高

发布时间 : 2018-04-28     来源 : 中国运载火箭技术研究院新闻中心

  每次发射,火箭不仅要携带大量的燃料,还要携带许多氧化剂,只有当两者发生化学反应后,才能产生巨大的推力托举火箭飞天。
  业内正在探索一种新型组合循环发动机关键技术,这种发动机能够从大气中“吸氧”,极大减少飞行器自身携带的氧化剂,提高发动机效率。


三种发动机各有利弊


  据中国运载火箭技术研究院研发中心设计师介绍,目前航空航天领域主要有三种发动机。
  一种是常规的火箭发动机,这种发动机动力十足,火箭飞行速度快,且不受飞行高度限制,但由于必须同时携带燃料和氧化剂,发动机效率不高。
  第二种是涡轮发动机。常见的民用客机和空军战斗机都采用这种发动机,它不用携带氧化剂,利用涡轮可压缩空气中的氧形成氧化剂,因此,发动机效率高。但它对空气密度要求较高,且对飞行器飞行速度也有限制,难以应用于20公里以上高度或3倍声速以上的飞行器。
  第三种是冲压发动机,它与涡轮发动机工作原理相似,比冲高,成本低。但这种发动机机动性能较差且无法在低速条件(2倍声速以下)和大气层外提供动力。
  三种发动机各有利弊,能否扬长避短,分别取之长处加以利用呢?


取之所长,应用范围广,效率高


  设计人员介绍,组合循环发动机将火箭发动机、涡轮发动机与冲压发动机有机组合,在不同的飞行阶段,采取不同的工作模式,最大限度提高发动机效率。
  当飞行器起飞时,涡轮发动机开始工作,自动捕获空气中的“氧”,实现“自动吸氧”,进而与燃料混合燃烧,产生推力;当飞行器达到2倍声速以上的速度时,冲压发动机开始启动;当飞出大气层后,它又能自动切换到火箭发动机模式,以更快的速度飞向更高、更远的地方。
  与单一发动机相比,组合循环发动机应用范围更广,可以在亚声速、超声速和高超声速飞行条件下工作,由于不用携带推进剂,经济性能更优。



△英国研制的“佩刀”发动机可实现涡轮发动机、冲压发动机和火箭发动机组合循环工作



△基于“佩刀”发动机的飞行器“云霄塔”


  据研发中心设计师介绍,采用这种发动机的飞行器无需在发射场起飞,它可以像飞机一样,在普通的机场就能水平起飞和着陆,更加灵活便捷,发射成本也更低。因此,组合循环发动机是实现未来太空旅行“航班化”的理想动力装置。


(图片来自网络)

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