NASA测试罕见的循环燃烧超音速火箭发动机

导读 美国国家航空航天局(NASA)和总部位于印第安纳州的航空航天公司INSpaceLLC已开始分析来自卓越火箭发动机设计测试的数据。这些测试是针对旋转

美国国家航空航天局(NASA)和总部位于印第安纳州的航空航天公司INSpaceLLC已开始分析来自卓越火箭发动机设计测试的数据。这些测试是针对旋转爆震火箭发动机进行的,该发动机使用燃烧燃料和氧化剂的波通过产生超音速冲击波来产生推力。这些发动机比用于将人类和货物运送到太空的化学发动机更强大,NASA的测试涵盖了十几次运行,并为这种发动机设计产生了最大的推力。航天局旨在通过这些测试来测试材料强度,并计划很快测试更高功率的变体。

NASA使用旋转爆震火箭发动机(RDNE)产生超过4,000磅的推力

典型的火箭发动机,例如为NASA的太空发射系统(SLS)火箭或SpaceX的猎鹰系列提供动力的发动机,使用标准燃烧室来产生推力。该室将高压推进剂(燃料)和氧化剂(可燃材料)送入点燃它们的室中。产生的推力然后通过精心制作的喷嘴引导-废气和腔室中产物的平衡(腔室压力)对于确定发动机是否正常工作或是否只是将废气送回油箱至关重要.

这个过程称为爆燃,这是一个技术术语,其中燃烧反应的废气或副产品的传播速度比声速慢。同样,爆炸是指副产品的传播速度超过声速或超音速。这为它们提供了额外的动力,因为气体会激发它们所处介质的粒子。举个简单的例子,地球上的三硝基甲苯(TNT)爆炸是一次爆炸,作为水、氢、一氧化碳的副产品其他人的传播速度比声音在空气中的传播速度更快。这也会导致在爆炸时观察到的特征冲击波。

旋转爆震发动机还利用爆震原理在燃烧室内建立自持压力,从而提高燃油效率和功率。在这样的发动机中,燃烧产物在圆柱形燃烧器内流动,或者在技术上称为环形。这种燃烧器的形状允许爆炸产生的压力波围绕发动机旋转,波浪在一个非凡的过程中“追逐”自己。它们的高速导致波浪每秒旋转数万转,与爆燃相比,爆轰过程更善于将燃料的能量转化为推力。

NASA表示,其RDNE在阿拉巴马州亨茨维尔的马歇尔太空飞行中心进行了几次热火测试,该机构正在与InSpace,LLC合作分析这些数据。两人进行了十几次测试,看到发动机累计点火超过十分钟。此外,RDNE的全油门测试表明它产生4,000磅的推力,腔室压力为622磅/平方英寸(psi),其中psi读数是旋转爆轰设计的最高值。传统发动机,例如NASA和SpaceX目前使用的发动机,具有数千psi的腔室压力。

据航天局称,这些测试的目的不是创造新的腔室压力记录。相反,NASA的目标是评估发动机的制造材料是否能够承受爆炸性燃烧的高应力——尤其是用于火箭推进的材料。据航天局称,这些材料是通过3D制造制造的,精确的材料是“NASA开发的铜合金GRCop-42”。4,000磅推力发动机也成功节流并展示了内部点火,美国宇航局现在的目标是测试更强大的10,000磅版本。