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英国REL公司选择J79涡喷发动机作为SABRE预冷却器高温考核地面试验台的热源设备
2018-05-18
【据美国《航空周刊》网站2018年5月15日报道】英国反作用发动机公司(REL)准备使用GE公司J79涡喷发动机作为热源开展预冷却器样机(HTX)高温考核地面试验验证,计划在5月下半月开始启动J79的安装试车等工作。
J79涡喷发动机曾配装麦道(现波音公司)F-4“鬼怪”战斗机,此次被REL公司用作其高温气流试验台(新建在美国科罗拉州前山机场附近,编号TF2)的核心设备。J79提供的1000℃高温燃气经过与加热空气混合后用于模拟产生相当于马赫数5飞行环境下的进气条件。该试验台将验证HTX样机的可操作性和性能。HTX是SABRE发动机的核心部件,能够在0.05秒时间内将高速(高总温)来流冷却到零下150摄氏度。
REL公司总裁亚当•迪塞尔(Adam Dissel)表示,“试验台的调试工作将持续到6月份。我们将通过调整燃气与空气的混合比来调整气流参数,以便能够准确模拟预冷却器在实际飞行过程中面临的工作条件。假设飞行器从跑道起飞后,需要4-5分钟加速到马赫数5以上,那我们就要调试出在这个爬升加速过程中来流温度、压力和流量等参数,确保气流变化能够与飞行过程一致。”
REL公司CEO马克•托马斯(Mark Thomas)透露,REL公司将在今年夏季在英国完成HTX样机的制造,然后再运输到科罗拉州的试验台进行试验。这台HTX与之前的HTX设计方案又有所改进,“总体尺寸都差不多,但安装连接了尺寸更大的冷却剂输送系统。”
美国空军研究实验室在2015年独立评估证明了SABRE发动机概念的技术可行性。随后,DARPA在2017年授予了REL一份预冷却器的性能考核试验合同。按照该合同,这次准备在美国开展的地面试验主要用于评估考核预冷却器在马赫数5来流条件下的性能。在此之前,REL公司要在英国的TF1试验台上完成HTX样机的试验前测试和调试等准备工作。托马斯表示,“这是个庞大的工程,目前我们在英美两国双线并行开展工作,并努力保证在今年夏季末或秋季初能够完成此次试验验证。”
尽管终极目标是研制推力20吨级的SABRE发动机验证机,但REL公司认为HTX技术在先进涡扇发动机和高超声速飞行器的工程应用上具有特别的发展前景。“我们将努力将HTX技术嫁接应用到涡轮发动机上,以扩展涡轮发动机在速度范围或性能上的工作能力。”
最近波音公司和罗罗公司对REL公司的战略投资,大大增加了以上应用前景的可能性。“现在我们背后有了强大的技术团队支撑,他们更能看清这项(预冷却器或者热交换器)技术的应用前景。他们能看清该技术的创新点、看清该技术如何用于改进现有产品以及未来潜能。”
2018年4月,波音公司和罗罗公司会同BAE系统公司等联合对REL公司完成了新一轮战略投资,投资金额达2350万英镑(约3590万美元)。2015年,BAE曾战略投资REL公司2060万英镑。
托马斯表示,“HTX试验的时间节点与我们的总体路线图是高度统一的。在美国完成此次HTX样机试验之后,我们将在英国进行整个核心机的试验。然后再进行一些预冷却器的补充性试验之后,我们将进行SABRE发动机验证机的全尺寸地面试验,最后再进行飞行试验。尽管目前预定的首台全尺寸验证机瞄准的是20吨推力量级,但这个尺寸是完全可调的。这也是我们最常被问到的一个问题:‘这种发动机在技术上到底可以适应多大的尺寸范围?’我们所有都知道尺寸完全不是问题,我们目前也没有限定死尺寸上的上限或下限。这也是我们为什么对这个发动机采取了模块化的设计。如果需要一个大尺寸的发动机,那就增加更多模块就好了。”
REL公司的TF1试验台位于英国维斯科特,这里将完成SABRE发动机首台验证机的地面试验。“我们将在今年接收基建成果,然后再完成相关设备的安装调试工作,整个TF1试验台将在2019年具备试验运行条件。”
托马斯还透露,即使在美国TF2试验台完成了HTX试验,REL公司仍将继续运营和使用该设施。“我们认为该试验台既是研制试验设施,也是后续我们继续用于改进预冷却器技术、拓展其包线的基础试验设施。因此,我们将从纯粹的性能考核试验转移到耐久性试验等,因为我们想在开展飞行器研制之前积累预冷却器尽量长时间的试车数据。”
核心机试验目标是在2020年进行,将聚焦于低耗油率、可操作性等。2021年进行整机试验,然后再开展飞行试验。不过,托马斯表示,考虑到目前募集的资金规模,“要完成整机试验还需要在融资和能力建设上做更多工作。目前而言,我们开展工作的基点是2020年的核心机试验和部分核心部件攻关,这也是后续研究工作的基础。但我们真正着眼的还是全尺寸飞行验证,以及为此需要开展的各方面工作。”(中国航空工业发展研究中心 廖孟豪)

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