廖孟豪 ¦ 英反作用发动机公司详细披露“佩刀”空天发动机1/4缩比验证机研制计划
2016年7月13日，英国《简氏防务周刊》曾报道说，英国反作用发动机公司（REL）在英国范堡罗航展上发布简报称，该公司将在2020年前开始启动“佩刀”（）发动机1/4缩比验证机的地面试验。时隔2个月后，2016年9月20日，美国《航空周刊》详细披露了该公司“佩刀”发动机1/4缩比验证机（与F-35战斗机用F135发动机尺寸相当）的研制计划。
作为全球范围内组合发动机领域的一枝独秀，英国私营企业REL推出的“佩刀”发动机在创业初期通过“云霄塔”单级入轨飞行器这种宏大雄伟的应用构想和在核心部件——预冷却器上面开展的扎实稳健的技术攻关，成功吸引了来自欧美等全球关注和巨额投资后，开始着眼现实，真正向更具实用性的集成产品迈进。与总重三百吨级的“云霄塔”单级入轨飞行器这种科幻怪兽不同，F-35战斗机及其F135发动机这种量级的飞行平台和动力才是当前现实世界中军用航空装备的主流尺寸，而“佩刀”发动机缩比验证机瞄准的恰好就是这个主流市场。可以预见，“佩刀”发动机缩比验证机一旦研制成功，或许会在全球空天技术及装备领域掀起一场颠覆性的变革。
配装“佩刀”发动机的“云霄塔”单级入轨飞行器概念图（REL图片）
F135发动机准备以“钻山洞”的方式安装到F-35联合战斗攻击机（美国洛马公司图片）
一、发展动因
缓解募资压力和吸引更多潜在市场是REL决心放弃全尺寸验证机，转而研制1/4缩比验证机的最主要原因。REL最初打算一步到位地研制一型地面推力80吨级的“佩刀”发动机全尺寸验证机，并四处募集研制所需的3.6亿英镑（约4.7亿美元）经费。然而截止目前，公司仅累计募集到了2.1亿美元（包括公司创建初期私人投资7500万美元，英国政府投资9000万美元，BAE入股投资3100万美元和欧洲航天局投资1100万美元）资金。另一方面，RELCEO托马斯认为更小型的缩比验证机成本更低、周期更短、配装更加灵活，能够更快、更容易找到潜在应用方向，比如多级运载器、X试验机或者高超声速飞行验证机等。1/4缩比验证机大小与F-35战斗机用F135发动机相当，因此很多零部件（如涡轮泵、压气机等）都可以选定货架产品，有利于进一步降低成本和周期。
REL公布的“佩刀”发动机1/4缩比验证机概念图（REL图片）
二、总体构想
“佩刀”发动机缩比验证机是全尺寸发动机的1/4，地面推力为20吨级，吸气式工作速度范围为马赫数0～5左右，尺寸与F-35联合攻击战斗机用的F135大推力涡扇发动机相当。全尺寸“佩刀”发动机方案由4个燃烧室构成，共用同一套预冷却器、进气道、喷管和涡轮部件。REL的首席执行官托马斯认为如果提高压气机等部件的模块化程度，把压气机也对应做成4个，那么整个发动机完全可以拆解成4个模块。因此只需要成功验证1个模块，剩下的就是集成了。
三、计划安排
目前缩比验证机仍处于设计阶段，预计将在今年底完成一轮设计评审，以便启动第一批零部件的采购工作。整个缩比验证机的研制试飞共划分为三个阶段，预计在2020－2025年之间完成最终的飞行验证。
第一阶段到2020年，主要聚焦在“佩刀”发动机核心部件和预冷却器的验证上。首轮测试安排在未来12～15个月内，主要开展预冷却器的测试，然后再计划在2019年完成核心部件的测试。测试内容将聚焦在耗油率、开关机及过渡状态的可操作性等方面。同时，公司还将同步开展火箭模态相关的系统研发。
“佩刀”发动机预冷却器实物图。预冷却器的冷却管路全长达2000千米，外径约1毫米，壁厚仅20微米，管路中的冷却剂液氦压力达到200个大气压，图中红色口盖处即为液氦注入口（美国《航空周刊与空间技术》图片）
第二阶段为2020－2021年，主要集中在缩比验证机集成试验上。2020年后将集成开展整机在全部吸气式包线范围内（马赫数0～5）的地面测试。
第三阶段计划在2020－2025年，主要开展飞行验证。目前，REL正在开发多个飞行验证概念方案，包括X试验机或者飞行验证机。发动机的飞行验证将完成整个推进系统的集成、可维护性和可靠性等测试。由于发动机将深度集成到飞行平台中，因此，飞行试验内容还将包括液氢燃料相关的技术验证、一体化机身结构方案及高温材料的评估测试。
廖孟豪先生此前曾为《空天防务观察》撰写7篇专栏文章，如下表：
序号 | 篇名 | 发表日期 |
1 | 2015年3月2日 | |
2 | 3月16日 | |
3 | 6月29日 | |
4 | 2016年4月20日 | |
5 | 8月16日 | |
6 | 9月19日 | |
7 | 9月21日 |
有兴趣的读者，可点击相关文章的“篇名”阅读原文。
（中航工业经济技术研究院 廖孟豪）
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