据美国航空航天周刊网近日报道,一种采用创新型燃烧技术的发动机于2012年10月完成了飞行试验,由于取消了再生冷却系统,使得采用这种燃烧室的发动机降低了成本。
美国轨道技术公司(Orbitec)是一家专门从事航天技术研究的企业。该公司于10月进行了推力13500千克力的液体推进剂火箭发动机飞行试验。这种发动机是为美国空军先进上面级发动机计划(Ausep)和其他空间应用研制的。
轨道技术公司业务发展经理保罗·赞姆帕雷(Paul Zamprelli)称:10月20日在莫哈维沙漠利用探空火箭进行的试验结果证明了该公司的“涡流”发动机技术的可用性。采用这种技术喷注燃料和液氧形成的可燃混合气体不与燃烧室壁板接触,燃烧室壁板较薄、轻质且成本降低。
通过仔细调整推进剂喷注参数,该公司希望取消发动机部件中价格昂贵的冷却管或冷却通道,这种部件用来循环未燃烧的燃料,使之通过燃烧室壁板以防止壁板过热。该次飞行试验还验证了轨道技术公司的声学点火器和一种由阿联特技术系统公司(ATK)为试验研制的轻质碳/碳喷管扩展段。
赞姆帕雷说:“下一步将更大规模的验证新技术的性能,确保我们的设计能满足未来运载器的要求。轨道技术公司已经准备好并且很高兴参与任何未来火箭发动机和推进应用方面的竞争”。
在涡流发动机技术中,氧化剂被以特定角度喷注进入燃烧室,形成同轴双涡。这种旋转运动使氧化剂更好的与燃料混合,燃烧发生在漩涡的最内层,漩涡外层使燃烧室壁板和其他表面免受燃烧产生热量的影响。
轨道技术公司推进部门经理马蒂·基亚韦里尼(Marty Chiaverini)称:该公司从1998年开始从事涡流燃烧方面的研究工作。此外,轨道技术公司还制造环境控制和生命支持系统、灭火装备和工具,使国际空间站上的航天员从2013年开始能够吃到新鲜食品。
基亚韦里尼说:“为了提高燃料燃烧性能,我们已经开展了漩涡喷注混合火箭研究,发现在适当条件下,涡流能够用来阻止火焰沿着固体燃料表面传播,而不是使火焰传播变得更强烈。我们适当调整了现有硬件,在1998年夏天进行了一些涡流冷却液体火箭燃烧室方面的概念验证试验”。
从1998年至今,轨道技术公司已经利用多种不同的液体和气体推进剂进行了其专利涡流燃烧概念的有关试验。涡流技术要求调整燃烧室中的推进剂流,使其适应不同的推进剂特性。这种技术展现出的灵活性“使得采用该技术的发动机在诸多应用方面展现出极强的吸引力”。
涡流技术潜在的应用范围包括各种推力级别。该技术也可应用于火箭基组合循环发动机(RBCC)。
基亚韦里尼说:“目前为止,我们已经成功开展了推力4.5~3375千克力的涡流燃烧发动机试验,我们发现没有任何障碍阻止进一步提高发动机推力,需要解决的主要问题是大型发动机的喷注器设计和优化”。
基亚韦里尼称:推力为13500千克的VR-3A发动机是为竞争空军Ausep合同而研制的,使用液氢作为燃料。美国国家航空航天局(NASA)称:空军期望研制“效费比高、技术成熟的发动机以替代渐进一次性使用运载火箭上面级发动机”。
NASA马歇尔航天飞行中心称:NASA对这项研究感兴趣,因为先进上面级发动机可能替代重型运载火箭航天发射系统低温推进级,从而使之能够探测多个近地轨道以外的目标。
该次飞行试验包括一个小型的涡流燃烧室发动机,集成在一枚探空火箭上。
基亚韦里尼说轨道技术公司准备将涡流燃烧室发动机和该公司其他航天技术推向商业化,正在寻求合作伙伴和投资,将全部技术推向市场。(陈杰 张瑞萍)