高超音速喷气机准备升空

根据DARPA/美国空军的一项计划，波音公司正在制造X-51A高超音速演示机，目标是在2009年进行首次试飞。普惠火箭发动机公司正在为X-51A制造X-1 JP-7喷气燃料超燃冲压发动机，也被称为WaveRider，因为当飞机以远远超过5马赫的速度飞行时，它会有效地冲击飞机前方产生的压缩空气冲击波。

在未来十几年内，使用喷气燃料发动机的飞行器可以实现5马赫以上的持续高超音速飞行。

普惠火箭发动机公司（Pratt&Whitney Rocketdyne）和喷气发动机公司（Aerojet）对喷气发动机、冲压发动机/超燃冲压发动机演示发动机进行了成功的新一轮测试，这代表着三个独立的高超音速飞行器项目在飞行测试方面取得了重要进展。

今年9月，普惠火箭发动机（PWR）完成了为期10个月的小型燃烧室测试，该燃烧室适用于碳氢化合物驱动的双模冲压发动机，设计用于在宽马赫数速度范围内运行，即音速的倍数。

该公司表示，压水堆使用JP-7喷气燃料，在从2.5马赫到6.0马赫的各种马赫数下成功地运行了燃烧器，证明了在每种速度下“所需的可操作性和性能”。

压水堆的高超音速技术和先进项目经理Michel McKeon说：“据我们所知，Noengine（以前）已经证明了从低至2.5到高至6.0的范围。”“FaCET（猎鹰联合循环发动机技术）发动机展示了非常宽的马赫数范围和高性能。这确实表明该技术适用于各种不同的用途。”

双模式冲压发动机在亚音速和超音速运行模式之间转换。麦肯解释说，由于进入冲压发动机的空气在通过发动机时速度会减慢，因此在马赫数较低的情况下，一些空气以亚音速进入燃烧室，尽管飞机的飞行速度快于音速。

在较高的马赫数下，所有的空气都以超音速通过发动机。McKeon说：“‘超音速喷射’基本上意味着所有的空气都以超音速通过燃烧室。”

Scramjet挑战

冲压发动机和冲压发动机几乎没有运动部件，在它们的燃烧室里也根本没有。但超燃冲压发动机的空气流动速度如此之快，因此保持燃烧室的照明是一个重大挑战。

防止发动机因燃烧热而燃烧，并确保JP-7在燃料通过燃烧器所需的几毫秒内点火，也是至关重要的。麦肯说：“这些系统中的一个关键项目是如何管理燃料。”

压水堆的方法是使用一个闭环或“散热器”系统，通过该系统，燃料作为冷却剂被泵送到整个发动机外壳中，以消除燃烧室的热量和压力。这种3000度的高温还通过将喷气燃料裂解成更小的分子来为燃烧做准备，这些分子在进入燃烧器时燃烧得非常快。

由美国国防高级研究计划局（DARPA）和美国空军赞助的FaCET计划的核心内容将是对压水堆燃烧器的全面评估。洛克希德·马丁公司是FaCET的主承包商。

FaCET的目标是开发一种高超音速试验飞行器，该飞行器可以在2012年飞行，它可以自行起飞和降落，使用先进的涡轮喷气发动机达到至少4马赫的速度，然后使用液氢动力超燃冲压发动机达到10马赫及以上。喷气燃料不能作为超音速燃烧冲压发动机的燃料在高达Mach10的速度下使用。

压水堆的FaCET项目经理BobGrabowski说：“如果马赫数高，发动机就会使用喷气燃料燃烧殆尽。”“在这个范围内，你正在寻找氢或合成燃料。”

FaCET的下一步是明年夏天在田纳西州图拉霍马的美国空军阿诺德工程开发中心（AEDC）的钻机上测试自由喷气式发动机。AEDC拥有世界上最大、最先进的飞行模拟测试设施，包括两个高超音速风洞。

项目之间的交叉施肥

FaCET与DARPA/美国空军/美国国家航空航天局X-51A高超音速飞机没有联系，该飞机将于2009年试飞。但是，为波音制造的X-51A制造JP-7动力X-1超燃冲压发动机的PWR，利用从每个项目中学到的东西来改进其发动机。

麦肯说：“这些发动机的形状或配置不同，但从技术角度来看，FaCET发动机融合了我们通过X-51发动机学到的很多东西。”“另一方面，我们也从这个（FaCET）引擎中学到了关于不同配置的东西，这些配置也可以用于未来的X-51活动。”

PWR于4月在模拟马赫数为5的飞行条件下成功地对其X-1演示发动机进行了地面测试。该演示器名为SJX61-1，包含一个全权数字发动机控制器和一个闭环热管理系统。

9月，Aerojet完成了双燃烧冲压发动机先进“飞行重量”燃烧器的全时地面测试，该发动机是为DARPA和美国海军研究办公室（ONR）赞助的高超音速飞行（HyFly）项目开发的。HyFly是一个开发高超音速巡航导弹技术的项目。

喷气发动机的DCR冲压发动机/超燃冲压发动机由JP-10喷气燃料提供动力，使用两个进气口系统。一种是给亚音速气体发生器提供燃料，在亚音速气体产生器中产生富含燃料的气体。它与来自第二入口系统的超音速气体混合，然后进入发散燃烧器部分，该部分允许燃烧器在亚音速和超音速空气速度下工作。

Aerojet的不同做法

Aerojet方法不依赖于使用喷气燃料作为冷却剂。它的DCR完全由先进的轻质陶瓷材料制成，Aerojet表示，这种材料使发动机的重量不到燃料冷却金属发动机的一半。

Aerojet在9月份进行了模拟马赫数为6的飞行条件测试。ONR的项目经理Gil Graff说：“通过这次测试，HyFly向前迈出了一大步。”“它证明了非制冷结构概念在极端发动机环境中生存的可行性。”

除了PyroDyne，Aerojet还正在开发一种基于涡轮的联合循环发动机，称为PyroJet，这些公司希望它能在零到10马赫的速度范围内运行。其目的是提供一种从亚音速涡轮喷气发动机运行平稳过渡到冲压发动机/超燃冲压发动机双模运行的发动机。

现在，对于所有制造商来说，主要的挑战不是证明他们的高超音速发动机可以开火。为了维持高超音速飞行，发动机需要一次启动几分钟，而不仅仅是这些公司迄今为止所达到的几秒钟。