中国炒作的组合发动机空天飞机，抄点源自哪里？ 家庭发言人2020-10-24 16:05:05
没有找爹的意思。但中国人发明创新能力确实很差，出了新概念，稍微有心找一一下，就能找到洋爹。
组合发动机的概念是英国人的发明，美英合研
来源：Backgrounds 作者：刘晓明 北京海鹰科技情报研究所
2016年9月20日，航空周刊透露英国反应发动机公司（REL）进一步推进其“佩刀”（SABRE）发动机的研制工作，并详细披露了该发动机1/4缩比验证机的详细计划。同时9月中旬，美国空军研究实验室（AFRL）披露了两型基于不同尺寸SABRE发动机的两级入轨空天飞行器概念。SABRE发动机本质是涡轮、冲压发动机和火箭发动机的组合，是航空航天动力技术的一次重要创新和探索，因其独特的预冷却技术和热力学循环深受各方关注，目前英国REL公司、英国BAE系统公司、美国空军等各方基于SABRE发动机技术分别开展了单级入轨空天飞行器、高超声速快速响应飞机、两级入轨空天飞行器等方案的研究，未来该发动机或可进一步加速高超声速飞机及空天飞行器的发展步伐。
SABRE发动机研究进展
SABRE发动机前身是英国罗·罗公司的RB545发动机。1989年RB545发动机项目终止后，研究人员于1989年组建公司继续开展后继项目——SABRE发动机的研究设计工作。21世纪以来，SABRE发动机的关键技术“轻质高效预冷却器”取得了突破，2012年，预冷却器在地面试验中实现了在0.01秒内将进气道1000°C以上的来流空气温度降低到-150°C而未结冰，此后项目进入了加速发展阶段。2013年，REL获得了英国政府和欧空局（ESA）的资金支持，2014年，REL与AFRL达成了“合作研究与发展协议”（CRADA）。2015年4月，AFRL分析确认了SABRE方案的可行性，2015年11月，BAE系统公司投资3180万美元购买REL公司的20%的股份，并开展技术合作以推动SABRE发动机的研发工作。2016年7月，ESA与REL签订了一份1000多万美元的合同，旨在支持该公司SABRE的进一步研制。
2016年9月披露规划的SABRE发动机缩比验证机尺寸与F-35战斗机的发动机F135相当，工作速度范围为马赫数0-5，地面推力约为20吨，目前缩比验证机仍处于最初设计阶段，整个缩比验证机的研制共分为三个阶段，第一阶段到2020年，主要完成SABRE发动机预冷却器等核心部件的研究工作，第二阶段为2020-2021年，主要完成缩比验证机的集成试验等工作，最后计划在第三阶段2020-2025年间寻求X-PLANE概念机或其他飞行器概念并进行该发动机的飞行验证。
SABRE发动机
欧洲各方基于SABRE发动机的研究
SABRE发动机研制的初衷是作为REL公司的云霄塔（SKYLON）单级入轨空天飞行器的动力系统，SKYLON空天飞行器是20世纪80年代英国提出的单级入轨空天飞行器概念，SKYLON空天飞行器搭载两台SABRE发动机，设计起飞总重325吨，有效载荷15吨，可用于执行空天运载，实施卫星和空间望远镜部署、捕获，空间站对接等任务。
SKYLON飞行器和SABRE发动机试验图
基于SABRE发动机而衍生出来的“弯刀”发动机，将作为长期先进推进技术概念研究（LAPCAT-II）计划中的马赫数5的民用高超声速运输机/客机的动力。“弯刀”发动机利用了SABRE发动机预冷却技术的研究成果，简化了热力循环，具有良好的超声速和亚声速性能，适合作为巡航速度为马赫数5的高超声速运输机的动力。
LAPCAT A2飞行器和弯刀发动机
英国BAE公司也于2016年发布了基于SABRE发动机技术的高超声速快速响应飞机概念，该飞机可在临近空间内以马赫数5巡航飞行，可快速完成补给、精确侦察和信息支援等作战任务。
BAE高超声速快速响应飞机
美国进一步拓展SABRE发动机应用
早在2014年，AFRL和REL就SABRE发动机技术开展积极合作，签订了合作协议。2015年，美国空军和NASA均对佩刀发动机技术进行了评估和研究，美国国防部则通过“高马赫数飞行的持久预冷却热交换器项目”（Durable Pre-cooling Heat Exchangers for High Mach Flight）的“小企业创新研究计划/小企业技术转让计划（SBIR/STTR）”组织工业部门和中小企业对预冷却器开展研究。
2016年，AFRL与REL合作进一步加速，REL公司专门在美国科罗拉多州建立分公司以推进与美国的合作。美国空军表示未来可能基于SABRE发动机技术推出高超声速飞机和两级入轨空天飞行器方案,以进一步完善其高超声速装备体系。
2016年9月中旬，AFRL披露了两型基于SABRE发动机两级入轨空天飞行器概念，其中一型为第一级可重复使用，起飞总重为159吨、起飞距离600多米、有效载荷2.3吨，第一级采用两台SABRE发动机作为动力，推进剂质量比为0.43（远低于第一级为火箭动力的可重复使用飞行器），在马赫数4.4、飞行器高度20千米左右时转换为火箭模态并爬升到80km高度、马赫数8时，第一级与第二级分离。第二级通过火箭发动机入轨，而第一级则可返回重复使用。报告中明确提出SABRE发动机的尺寸调节为推重比0.7，可以推算出每台发动机的推力约为50吨级，而REL披露的SABRE发动机1/4缩比验证机的推力约为20吨级，目前最新SABRE发动机的推力约为80吨，由此可以推断出该型两级入轨空天飞行器方案所用的发动机尺寸介于全尺寸发动机和1/4缩比验证机之间。
AFRL提出的基于SABRE发动机的两级入轨空天飞行器方案1
方案1飞行任务演示示意图
方案1飞行轨迹3D视图
第二型空天飞行器的第一级和第二级均可重复使用、起飞总重约590吨、有效载荷约9吨，整个飞行器总长约57米，第一级同样采用两台SABRE发动机，能够将9吨的有效载荷发射至高度183千米。假设其推重比仍为0.7，可推算出其单台发动机的推力约为200吨，约为目前全尺寸SABRE发动机推力的3倍，可见其发动机会比全尺寸的SABRE发动机还要大的多。综上可判断第一型空天飞行器的可实现性要比第二型空天飞行器的可行性更强。
AFRL提出的基于SABRE发动机的两级入轨空天飞行器方案2
方案2轨迹图
美探索多种可重复使用高超声速动力形式
动力系统作为高超声速飞机和空天飞行器的核心技术，美国对适用于高超声速飞机和两级入轨空天飞行器中可重复使用第一级的高超声速动力开展了多种技术路线的探索，包括预冷却高速涡轮发动机组合动力、三组合动力、涡轮基组合动力、可重复使用火箭等方案。
预冷却高速涡轮发动机组合动力——SABRE发动机采用的热力循环和预冷却方式具有独特的技术优势，美国对其表示出极大的兴趣，并和REL展开积极合作。AFRL提出的两型基于SABRE发动机的两级入轨空天飞行器的概念预示美国已经围绕SABRE发动机进行了很长时间的研究，且美国已经将基于SABRE发动机技术的空天飞行器作为其空天进入的一种重要的方案选择。而REL披露的发动机1/4缩比验证机项目则是基于SABRE发动机技术的成熟度而提出的更加合适的发展路径，该发动机缩比验证机尺寸更适用于高超声速飞机，这很可能是REL为迎合美国高超声速飞机的发展需求而提出的验证方案。
三组合动力方案——2011年6月航空喷气发动机公司披露准备研究一种新型的三发动机组合循环推进系统（Trijet），通过涡轮发动机、火箭增强引射冲压发动机及双模态冲压发动机的有机整合实现高超声速推进的目标，Trijet方案中采用了一种非常新颖的超燃技术-中心燃烧技术。中心燃烧技术可显著减少用于冷却发动机的燃料量，从而使发动机获得比常规设计方案更大的热安全裕度和更高的飞行速度。
涡轮基组合动力——美国很早就为TBCC的研究开展了多项研究项目，包括组合循环发动机技术（FaCET）项目、高速涡轮发动机验证（HiSTED）和超燃冲压发动机（SED）等项目，2016年DARPA透露美国计划在2017年启动名为先进全域发动机（AFRE）的项目，旨在应用现货涡轮发动机完成全尺寸涡轮基组合循环发动机（TBCC）的模态转换进行验证，研究确立高超声速飞机TBCC推进系统工程化的可行性，2016年8月12日，美国国防高级研究计划局（DARPA）公布了AFRE项目的广泛机构通告，较为详细介绍了项目提出的背景、发展目标、计划安排、性能需求等。
可重复使用火箭——同时美国还提出了探索基于可重复使用火箭的空天飞行器（XS-1）方案，XS-1项目旨在完成可重复使用助推飞行器的研制试飞，并要求该飞行器具备支撑一次性使用上面级将1.36吨载荷送入轨道、同时将单次发射成本控制在500万美元以内的能力。
可见美国正积极开展多种动力方案探索，瞄准AFRL制定的2030年实现有限可重复使用高超声速飞机技术准备就绪、2040年实现完全可重复使用高超声速飞机技术准备就绪的发展路线图及太空进入的目标不断推进其高超声速动力技术的发展。