伴随着高超音速飞行器,尤其是临近空间的飞行器不断的应用不少人是听着4马赫,5马赫,6马赫速度越来越快,到现在鸣镝22已经7马赫了就是感觉啊,发动机的推力越来越大,无人机和导弹越来越快,但是很多人并不知道高超音速飞行器本身存在一个速度悖论。
就是如果你用的是涡轮发动机不管是涡喷,还是涡扇,还是涡桨涡轴只要是应用在航空发动机领域里随着飞行马赫数的提高发动机的来流空气总体的温度是呈二次曲线的趋势提高的,这会导致压气机换算流量和压比出现大幅度的降低,从而导致发动机推力急剧减小,说的通俗一点就是飞得太快了涡轮发动机进气的温度太高了导致发动机再次加热空气时实际产生的热膨胀效果就差了,很多从而导致发动机本身没问题。
但是推力会大幅度下降,这就是刚才说的飞得越快呢,涡轮发动机的推力就会变得更小,实际上这个问题就是很多科研实力和层次较低的国家始终搞不出来高超音速飞行器的主要原因之一,而解决这个问题的办法说白了就是想办法怎么进行进气预冷让涡轮机吸入的空气的温度降低下去就能恢复推力了。
目前进气预冷主要包括射流预冷,燃料换热预冷以及闭式循环,预冷3种技术路线射流,预冷是通过向吸入的空气中喷入水和醇类液体通过蒸发吸热降低空气温度,燃料换热预冷是把燃料注入燃烧室之前设计一条管路流经发动机进气口的预冷器,通过换热来冷却吸入的空气,而闭式循环预冷与燃料换热预冷比较类似区别是闭式循环预冷在其热力循环中加入了闭式,布雷顿循环使高温空气和低温燃料更充分的交换热量。
但是射流预冷效率不高闭式循环加装的换热器会导致吸入空气的量受到较大影响,所以目前国际上包括我国都在燃料换热预冷技术,这个领域深耕其中,主要的发展思路是利用液氢他不仅是高能燃料又是非常理想的冷却剂氢燃料用在涡轮机上,还有有起动性能好消耗燃料少单位推力、功率大等等很多优点。
美国的安德鲁公司,还有英国的罗罗,俄罗斯中央航发研究院,日本空间科学研究所,都在这个技术上发力了数十年之久,但因为各自的原因现在并没有一个比较完美的解决方案落地下来目前我国在这个领域里西工大、北航国防科技大还有中航发沈发研究所,这些大学和研发院所也是在集中搞突破希望在这条赛道上我们也能后来居上让我们的无人机可以飞得更快。
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