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“云龙”发动机:空天往返新动力

华为自动驾驶系统展车在上海国际车展上亮相。新华社发

  记者从中国航天科工集团有限公司获悉,近日该集团三院31所“云龙”发动机的预冷装置圆满完成目前国内最大尺度、最大空气流量的温降试验。
  “云龙”发动机是一型由31所研制的组合动力发动机,也是31所正在探索的用于空天往返飞行器的新式动力。如果成功,它能助推飞行器像飞机一样从地面水平起飞,再水平降落至地面,实现可重复使用的空天往返运输。但它会比飞机飞得更快、更高,也有别于现在常见的垂直起降的运载火箭。
  如何将航天器送入太空?当前最主流的是使用运载火箭。但火箭发动机从地面点火开始,所需要的全部动力源均需“自给自足”,也就要靠点燃自带的氧化剂与燃料产生推力。据测算,火箭飞行时需携带大量氧化剂,使得推进剂质量占整箭质量的85%以上,这样一来,火箭分配给“乘客”——有效载荷的质量空间就大大压缩。
  为了弥补火箭发动机的不足,研究人员提出了在大气层内爬升阶段采用吸气模式的可重复使用空天飞行器动力系统方案,这类方案利用空气中的氧气作为氧化剂,将有效降低推进剂消耗及所需携带的质量。
  但事实上,人类现有的发动机分为涡轮、冲压、火箭等多种,每一种都有自己的工作范围和优势,单靠一种难以实现宽速域大空域空天往返运输,因此,把不同的发动机组合起来,集合各家之所长,就可以共同完成空天往返运输这个更高的使命。寻找理想组合动力已经成为国内外空天飞行领域最迫切任务,这其中预冷动力方向越来越受到关注和研究,并逐渐构成了空天运输动力的新方案。
  “云龙”发动机技术总师马同玲介绍,研制该组合动力发动机的最大难关之一是如何在1200K以上的高温进气条件下仍可实现高性能的问题,当空天飞行器在大气层内超高速长时间飞行时,气流温度剧烈升高,这会使材料无法承受,压气机等高性能部件无法工作。
  “要解决这个问题,不能仅依赖提升材料极限,最直接的办法就是降温,预冷动力技术正是引入进气主动降温的技术,并将多种动力的热力循环优势进行深度融合,从而产生更具优势的新型热力循环方案。”马同玲说。
  2020年,该所完成了发动机原理样机的整机试制,并通过了第一阶段的系统级地面试验验证。
  “预冷动力技术是新型空天往返飞行器理想动力之一,越来越受到国内外重视,希望31所‘云龙’发动机早日面世,届时,空天运输领域将迎来更多可能。”31所预冷动力技术中心主任牛军说。据新华社