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美高超音速发动机突破TBCC模式切换成功

发布时间:2023/4/27 15:57:21   

开发高超音速飞行器的Hermeus(赫尔墨斯)日前在其官方媒体上发布了成功测试TBCC顺利转换的视频,Hermeus官方称已经完成高超音速里的程碑:从涡轮喷气发动机到冲压喷气发动机的模式转换!

Hermeus是一家致力于高超音速飞行器的研制公司,目标是制造出5马赫以上的飞行器,以超过协和超音速客机数倍的速度,在90分钟横渡大西洋抵达欧洲,为此该公司与NASA以及美国军方合作,目前TBCC的试制成功,高超音速飞行器的时代或即将到来!

Hermeus的TBCC:从涡轮喷气到冲压喷气

年11月17日,Hermeus展示了Chimera(奇美拉)发动机在圣母大学涡轮机械实验室的超音速风洞中测试的视频,这个实验室的风洞可以加热空气以模拟高马赫数的温度和压力,测试视频如下:

这是Chimera(奇美拉)发动机从涡轮机状态切换到冲压发动机状态的转换过程,有些平台的朋友可能看不到这个视频,下面补上GIF图,由于时间比较长,质量稍差,各位凑合着看:

各位能看到中间有一个简短的切换过程,开始时空燃比相当低的涡轮发动机模式,此时火焰为淡蓝色,之后发动机蓝色火焰消失,尾喷口变成暗红状态,同时推力减小,但很快冲压模式启动,矩形尾喷口喷出耀眼的黄色火焰,发动成功工作在了冲压模式下。Hermeus的首席执行官AJPiplica表示:

“这一成就是Hermeus的一个重要技术里程碑,”

“但不仅如此,它还证明了我们的团队能够以远低于同行的预算快速设计、构建和测试硬件。”

Hermeus的CTOGlennCase则表示:

“在地面上成功完成了这项测试将大大降低了我们将于明年年底开始的Quarterhorse飞行器测试的风险。”

Chimera发动机的工作模式非常奇特,低速时处在涡喷发动机工作模式,与其他喷气式发动机没有什么差别,但随着进气温度和速度的增加将达到涡喷发动机的极限速度2马赫,此时Chimera发动机在进气道中将启动一个预冷器,它将压榨出发动机的极限性能,一直工作到3马赫。

之后Chimera发动机进气道关闭,整台发动机将封闭成一个亚燃冲压发动机的预压缩进气锥,进入进气道的气流将绕过涡喷发动机并且在周围的冲压发动机预压缩进气道中压缩,汇集到涡喷发动机后燃室位置喷入燃料点燃,冲压发动机开始工作,Chimera之后将工作在冲压模式下,速度最高可达5马赫左右。

Hermeus表示,Chimera是TBCC发动机中相当独特的一种,Chimera发动机可以在零速度下启动并达到最高速度5马赫,同时这种发动机将于明年安装到Quarterhorse飞行器上进行测试。

Quarterhorse飞行器:5马赫的高超音速飞机

Quarterhorse是致力打造的最高速度可达5马赫的高超音速飞机,使用的就是Chimera发动机,年9月进行了Chimera发动机的核心GEJ85-21涡喷发动机测试,之后测试了预冷器,11月17日进行了涡喷到冲压发动机之间的转换,看来进展相当顺利!

Hermeus还真不简单,年3月和NASA签署了太空法案协议,开发高马赫数的商用概念飞机,7月拿到了美国空军授予的万美元的合同,尽管不知道之间是否有内幕,但能搞出涡轮-冲压组合循环发动机的公司,还是有两把刷子的!

TBCC:究竟是怎样的一种发动机?

上文的Chimera发动机就是TBCC的一种,之所以要将GEJ85-21涡喷发动机和冲压发动机组合在一起是因为冲压发动机不能零速度启动,这种发动机性能优越而结构却简单到极致,能提供强劲的动力,但缺点是必须将发动机置于0.5倍音速以上的气流中才能启动。

当然启动速度低的冲压发动机进气道在高速有些局限,因此为了追求极速的冲压发动机启动速度也会相应提高,比如Chimera发动机的冲压部分就是在3马赫左右启动,极速是5马赫,超过5马赫后冲压发动机内部的气流将达到超音速,将需要过渡到超燃冲压发动机的进气道和燃烧室才能稳定燃烧,这又是另一个更高要求的设计了。

GEJ85-21是一台小型单轴涡轮喷气发动机,最早开发于年代,尽管其开发相当早,但性能比较稳定,曾用于F-5E/F战斗机,生产总量超过1.2万台。其尺寸不大,在其外部设置一个外涵道作为冲压发动机的启动发动机再合适不过。

J85发动机:没有外涵道

为什么要预冷?

Hermeus的

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