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。

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。

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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

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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