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中国空天发动机获重大突破,而美国还没有动静

高超声速强预冷发动机利用空气中氧气作为氧化剂,有效降低了对自身携带氧化剂的需求,利用强预冷技术大幅降低高超声速飞行时发动机进口来流空气滞止高温,同时采用闭式循环系统实现了对来流空气热量的高效利用,从而在宽广速域工作范围内具有高可靠性、高比冲、低成本等优势,并能够在零马赫数起动。

高超声速强预冷发动机可作为可水平起降、可重复使用单级/两级入轨空天飞行器动力系统以有效降低酬载成本,还可作为可水平起降、可重复使用高超声速飞机动力系统以实现从零马赫数起动以及马赫数0~6范围内高性能,是可水平起降、可重复使用空天飞行器的一种理想动力方案,是空天技术领域非常重要的研究发展趋势。

首先要明白,(强)预冷发动机是另一套超高速喷气发动机的路线,与超燃冲压发动机不同,其燃烧室内部的气流还是大部分亚声速。不像超燃冲压在燃烧室是超音速气流。

它的优点就是理论上发动机内部可以不用有太大的结构变化,也就是说我关了预冷(如果能关的话)就是个有些死重的涡喷,在低速下性能也不会太差,不会像超燃冲压直接没法用了。

在3马赫以上的时候,如果通过进气道的激波系将速度降到接近音速或者音速以下,根据简单的热力学第一定律,气体的动能会转化为内能,从而产生巨大的热量。你们看航天器返回大气层烧的通红,摩擦力只是做了一点微小的工作,大部分的功劳都是气动加热,这个涉及到一些基本的气体动力学知识,公式还是自行了解一下比较好。

如果不对进入的气体进行预冷,那么温度高达几百度的气体会直接进入发动机,导致涡喷发动机工作异常,要知道哪怕是WS15这个级别的发动机,其压气机出口温度也才870K左右,你进口就600K了压气机还工不工作了?

如果此时温度达到1000K以上,叫汰火,氧气还没有进入燃烧室就已经烧完了,燃烧室进行混合燃料的燃烧就是一句空话了。

还有第二个原因,根据热力学的卡诺定理,你的温差越小效率就越低,做功就越少,喷气发动机温度最高的地方就是燃烧室(抛开加力燃烧室不说),这个是有材料限制的,最多也就是个1900K,你进口温度越高,整台发动机的效率就越低,输出功也就越低,就推不动飞行器飞那么快。

现在我们知道预冷很重要,但是问题来了,用什么冷?

有的用燃油,有的用液氮,这个都还好说。