使用吸氣式引擎的Skylon航天飛機(jī)

據(jù)英國《新科學(xué)家》網(wǎng)站報(bào)道，美國和歐洲的宇航局目前均在研發(fā)一種全新的“吸氣式”(Air-Breathing)火箭發(fā)動機(jī)。與傳統(tǒng)的火箭發(fā)動機(jī)相比，這種新型發(fā)動機(jī)能夠從空氣中吸取氧氣來支持燃料的燃燒，因此在發(fā)射時無須攜帶笨重的氧化劑，進(jìn)而大大降低航天器的重量和發(fā)射成本。美國宇航局認(rèn)為，在未來40年內(nèi)，“吸氣式”火箭發(fā)動機(jī)有望會給人類的太空旅行帶來一場全新的革命。

讓發(fā)動機(jī)吸入空氣以產(chǎn)生助推力并不是什么想法。幾十年來，噴氣式發(fā)動機(jī)一直在采用這種方式工作。超音速噴氣發(fā)動機(jī)通過從大氣層吸取空氣作為助燃劑，來為輕型宇宙飛船提供動力，可以從根本上降低把飛船送入軌道的成本。目前，每將約半公斤重的物體送入太空軌道，需要花費(fèi)約1萬美元(2.2萬美元/公斤)。以這個價(jià)格，把一位68公斤重的人送入太空要花費(fèi)150萬美元。美國宇航局的目標(biāo)是在今后25年內(nèi)將發(fā)射成本降低到每公斤幾百美元。他們相信，卸掉目前燃燒所需的超過450噸的液體氧化劑是一條可行之路。美國宇航局的專家表示，吸氣式火箭發(fā)動機(jī)技術(shù)有望使太空旅行走近普通民眾。

作為一種正在研發(fā)中的新技術(shù)，人們難免會對“吸氣式”發(fā)動機(jī)和“吸氣式”航天器存在著各種疑問。以下是關(guān)于“吸氣式”發(fā)動機(jī)和“吸氣式”太空飛機(jī)的簡要介紹：

1、“吸氣式”發(fā)動機(jī)如何工作？

吸氣式火箭發(fā)動機(jī)又稱火箭基組合循環(huán)發(fā)動機(jī)，這種發(fā)動機(jī)和噴氣發(fā)動機(jī)非常類似。在噴氣發(fā)動機(jī)中，首先由壓縮機(jī)吸入空氣。然后發(fā)動機(jī)對其進(jìn)行壓縮，并將其與燃料混合燃燒。燃燒后產(chǎn)生急劇膨脹的氣體，從而提供助推力。噴氣發(fā)動機(jī)的最大飛行速度只有3到4馬赫，如果速度更高，則發(fā)動機(jī)部件將會過熱。在超音速沖壓式噴氣發(fā)動機(jī)中，空氣由進(jìn)氣口進(jìn)入發(fā)動機(jī)�？諝鈱⒃陲w行器加速穿過大氣層的過程中減速并被壓縮。形成的超音速氣流再與燃料混合并燃燒。吸氣式火箭發(fā)動機(jī)最有可能使用的燃料是液氫或烴類燃料。

吸氣式引擎的基本構(gòu)造就是在飛行器的前端留有一入口用于呼吸空氣。至于下一步如何運(yùn)作，這將依賴于具體的設(shè)計(jì)方案。噴氣引擎就是一種普通的引擎，它是利用引擎幾何學(xué)來使得空氣減速。但是，噴氣引擎的不足之處在于它只適用于相對較低的速度。而在高超音速條件下，也就是相當(dāng)于5倍的音速(即5馬赫的速度)條件下，被減速的空氣溫度太高，無法用于燃料的燃燒。解決這一問題，流行的做法就是使用超音速沖壓噴射裝置。這種裝置不會讓空氣減速太多，相反卻可以迅速地將高速流動的空氣與燃料相混合從而產(chǎn)生推進(jìn)力。但是，超音速沖壓噴射裝置也只適用于5馬赫的速度。這意味著，必須要有另外其他的系統(tǒng)來推動飛機(jī)達(dá)到高超音速。

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