印度进行第二次超燃冲压发动机飞行试验，重点应用于航天飞行

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据印度空间研究组织2024年7月22日消息，印度空间研究组织(ISRO)于当天上午7:00成功进行了第二次超燃冲压推进技术演示试验飞行，推进系统对称安装在RH-560探空火箭的两侧，从位于斯里哈里科塔的萨蒂什·达万航天中心发射。探空火箭飞行试验取得了令人满意的结果，同时超燃冲压推进系统成功点火。飞行期间监测了近110个参数以评估其性能。此次任务的飞行数据将对超燃冲压推进系统的下一阶段开发起到重要作用。

超燃冲压发动机是指燃料在超声速气流中进行燃烧的冲压发动机。在超音速飞行时导弹进气道吸入气流，高超声速气流在进气道扩压到较低超声速，然后燃料喷入与空气中的氧结合燃烧，从尾喷管喷出做功，使得导弹转入高超音速（超过5马赫）飞行。这种发动机具有结构简单、重量轻、成本低、单位推力高、无需携带氧化剂、有效载荷大和速度快的优点。但需要外部动力将其推到高超音速才能够工作，且其低速性能不好，这种发动机主要应用于军事和航天领域。现在各国主要研究的是双模态冲压发动机和双燃烧室冲压发动机，一个是单燃烧室能够适应亚燃冲压和超燃冲压两种模式工作的发动机。一个是干脆配亚燃冲压和超燃冲压两个燃烧室的发动机，这两种都需要外部动力将其推到高超音速才能够工作。

在本次任务之前，超燃发动机在包括维克拉姆•萨拉巴航天中心(VSSC)、液体推进系统中心(LPSC)和印度空间研究组织推进综合体(IPRC)，以及班加罗尔科学与工业研究理事会-国家航空航天实验室(CSIR-NAL)在内的多个ISRO中心进行了多次地面测试。本次测试使用的RH-560是一款两级固体发动机亚轨道火箭，旨在用作展示先进技术的经济高效的飞行试验台，它是印度空间研究组织探空火箭系列中最重的探空火箭，从斯里赫里科塔发射。RH-560-MK-II有效载荷100千克，射高470千米，在其两级都采用一样的火箭情况下，印度人在二级火箭两侧安装了双模超燃冲压发动机(DMRJ)并携带了氢燃料，从而成为先进技术飞行器(ATV)。搭载双模冲压发动机的ATV升空时重3277千克，可以在亚音速和超音速燃烧室模式下有效运行。

2016年8月28日，印度空间研究组织的超燃冲压发动机首次实验任务在斯里赫里科塔的萨迪什·达万航天中心SHAR成功完成，从而使印度成为第四个进行超燃冲压发动机飞行测试的国家。当时搭载超燃冲压发动机的固体火箭助推器顺利升空，助推火箭一级燃尽、固体火箭二级点火、超燃冲压发动机运转、二级燃尽等重要飞行过程均按计划顺利进行。在火箭开始滑行时探空火箭上携带的两个DMRJ模块工作在35千米和38千米的高度达到超过5.5马赫的飞行速度，停留时间为5秒。飞行约300秒后，飞行器降落在距离斯里哈里科塔约320公里的孟加拉湾。本次测试情况与当年测试很相似。

印度人宣称该实验是在印度空间研究组织所称的“吸气式飞行走廊”（ABFC）中进行的，这是一种测试吸气式概念的“最佳”高度带。之所以说是“最佳”，是因为在ABFC之上会发现“太少”的空气无法实现燃烧，而在ABFC之下则会发现“太多”的空气，以至于发动机会受到极端的热结构负荷。在飞行测试期间，达到测试条件后，进气罩会抛掉，然后送入加压氢燃料。进气口启动后形成气流冲击。进气罩打开后，气流稳定速度比预期的要快。从机载压力测量和仪表观察到了燃油喷射和随后的自动点火。为了确定飞行测试期间是否发生自燃，点火器延迟2.2秒启动。氧乙炔基点火器作为备用，以防飞行测试期间没有发生自燃。两台发动机几乎同时发生自燃，仪器随即记录到加速度峰值。

通过这次飞行，印度空间研究组织成功演示了超音速空气吸气发动机点火、超音速火焰保持、进气机制和燃油喷射系统等关键技术。该组织宣称DMRJ在2016年的测试中分别产生了2287-4629N的推力，在超压模式下继续提供推力14秒，发动机底部的压力分布与预测值相符。相比之下其他国家的大多数超燃冲压发动机测试都是在较低的高度进行的。超音速下的自动点火、超音速下的稳定火焰保持、热致动进气罩开启机构和燃油喷射系统是2016年测试中成功展示的一些关键技术。印度空间研究组织为此开发了用于模拟高超音速下的流动和燃烧的计算工具、能够承受强烈热机械载荷的材料以及建立高超音速风洞等测试设施。

ISRO希望在未来的印度航天器单级入轨(SSTO)和两级入轨(TSTO)任务中使用双模超燃冲压发动机，这些任务将来会使用基于火箭或涡轮的联合循环发动机。如上所述，ISRO目前正在努力在不久的将来推出更大的DMRJ演示器。预计这款新型演示器重3.23吨，巡航速度为6至7马赫，飞行高度为24至26公里。为飞行器提供动力的DMRJ是2016年测试的设计的演变，使用煤油做燃料，可运行200-250秒，同时提供更大的推力。当然这种设计想要发展到完善的程度，印度人还得多加努力！

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