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美国公司研究基于热传递的高超声速飞行器先进燃料系统
2017-09-14
   
    科罗拉多州的“反应系统”公司正在为高超声速推进器研制一种先进的吸热燃料系统。
   
    这项能够使武器以高超声速进行巡航的研究被美国空军列为重中之重。这些推进系统进一步研究的关键性技术是用流经机器壁内通道的流体燃料来冷却燃烧室。目前,即使是在吸热裂解反应下,煤油基燃料的冷却能力也相对较低的,这从而就限制了所能达到的马赫数。此外,通过增加燃料流来增加燃料的冷却能力是不切实际的,因为额外的燃料要么会造成燃烧室的过度燃烧,要么只能将其倒掉。同样地,允许燃料达到更高的温度也是不可行的,因为焦炭的形成可能导致换热器失效。因此,十分有必要开发新的吸热燃料和具有更高的散热能力的定制的换热器/反应器。

    美国空军非常成功的第一阶段项目中,已经确定了反应系统的燃料和催化剂的组合,在发生化学反应时,能够拥有比目前可用的煤油基燃料高得多的吸热能力。

    在“反应系统”公司刚发布的第二阶段的报告中表明,将继续开发燃料/催化剂系统,并设计一种用于超高音速发动机的定制换热器/反应器。

    “反应系统”公司有一个新的针对传热问题的解决方案,它可能会为超高音速飞行器推进的实现找到突破口。

    据“反应系统”公司首席运营官Jeff Engel透漏,高超声速飞行时由于燃烧室温度太高,材料无法存在于在这种条件下,为此只能以冷却燃烧室的方式来解决该问题。他们正在开发一种特殊的燃料系统,它能吸收来自燃烧室的热量,从而使得飞行器的最大速度更快。

    在高超音速下,常规的传热过程只需在几分之一秒内就会把机身烧掉。“反应系统”公司的吸热燃料系统能够起作用的原因在于,热量不会被排斥在环境中;燃料是工作流体,但不是传统意义上的。

    “反应系统”公司的吸热燃料是一个关键的技术,因为在将热量转移到工作流体同时,还能够在热交换器内提供最大的催化表面积,用传统的热交换器制造技术基本上是不可能实现。

    Faustson Tool公司的增材制造被用于实现热交换技术。Faustson Tool公司目前已成功为美国航空航天局和几个主要的航空航天OEM厂商制造了部件,并且还包括F-35项目的部分内容,并且它还在五轴加工和多轴联动电火花加工方面拥有丰富的经验。Faustson Tool公司最近运用通用电气附属公司“概念激光”的M2多激光聚焦机获得了新的金属增材制造能力。凭借250x250x280mm的封装,双波长激光器,20-80微米的层厚,以及加工航空航天“热断面”超级合金的能力。(中国船舶工业综合技术经济研究院 程大树)

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