喜訊，中國空天飛行器發動機獲大獎，研發團隊曝光
摘要：其中，全國創新爭先獎牌獲獎團隊，就是高超聲速強預冷空天動力研究團隊，他們來自北航的能源與動力工程學院和航空發動機研究院。不過，即使是目前進展最爲順利的英國佩刀發動機項目，也還是處於技術研發階段，而從全國創新爭先獎的其他表彰項目來看，該獎表彰的是已經研發完成，取得成果，可以投入實際應用的項目，這或許意味着我國已經成功攻克了預冷器這一關鍵技術，已經可以將其應用在正在研發的空天組合發動機上。
大家知道，發動機一直是我國武器裝備中的弱項，從地面的坦克裝甲車輛，到海上的水面艦艇，再到空中的作戰飛機，乃至航天領域的運載火箭，都與世界一流水準存在相當大的差距。
不過，近十幾年來，我國在發動機領域的投入巨大，並不斷取得突破，尤其是航空領域，國家還專門成立了發動機公司，由此可見國家對發動機的重視程度。
我們的目標不僅是模仿、追趕，而且還要實現並跑，甚至是彎道超車，實現領跑。
而本文所要介紹的中國空天飛行器動力系統，就達到了世界頂尖水平，領先於美、日、俄、英等世界空天動力強國，使得中國發動機事業，成功實現了一次難得的“彎道超車”！
特殊的日子，特殊的獎項。
今天是5月30日，第四個全國科技工作者日。
今天上午，第二屆全國創新爭先獎在京揭曉，“高超聲速強預冷空天動力”項目團隊赫然在列。
首先來了解一下這個全國創新爭先獎是怎麼回事。
“全國創新爭先獎”是繼“國家自然科學獎”、“國家技術發明獎”、“國家科學技術進步獎”之後，國家批准設立的又一個重要的科技獎項，是國家科技獎勵體系的重要組成部分和補充，是國家科技獎項與重大人才計劃的有機銜接。每次評選先進個人不超過300名，頒發全國創新爭先獎狀，並對其中不超過30名做出重大貢獻的科技工作者頒發全國創新爭先獎章；評選表彰先進集體10個，頒發全國創新爭先獎牌。
全國創新爭先獎每3年評選表彰一次，是僅次於國家最高科技獎的一個科技人才大獎。
而就在今天，北京航空航天大學（簡稱北航）的官方微信公衆號刊發了喜報，因爲北航喜獲1項全國創新爭先獎牌，1項全國創新爭先獎章，5項全國創新爭先獎狀，共7項獎勵，在全國高校中位列第一！
其中，全國創新爭先獎牌獲獎團隊，就是高超聲速強預冷空天動力研究團隊，他們來自北航的能源與動力工程學院和航空發動機研究院。
喜報中還詳細介紹了項目團隊帶頭人和項目團隊的成員構成，這也是我國空天飛行器發動機研發團隊的首次曝光。
帶頭人是陳懋章，1957年畢業於北京航空學院（北航前身）航空發動機專業，1999年當選爲中國工程院院士。長期從事高超聲新型航空發動機、葉輪機氣體動力學、常規航空發動機等領域的理論及應用研究，先後獲得國家科技進步獎一等獎1項、國家技術發明二等獎2項、全國創新爭先科技工作者團隊獎（2020年），獲得“航空報國金獎”一等獎、國家教學成果二等獎、何梁何利科學技術獎以及全國模範教師稱號。
高超聲速強預冷空天動力研究團隊創始於1981年，現有中國工程院院士1人、教授8人、副教授4人。團隊成員涉及氣體動力學、傳熱學、固體力學、燃燒學、試驗測試、材料力學、製造工藝等學科，圍繞高超聲速強預冷發動機開展系統深入的創新，研究覆蓋了從基礎理論到工程研製的全鏈條，獲得了多項國際領先的科研成果。
與此同時，北航官方微信公衆號刊發的喜報中，還配上了項目帶頭人和團隊成員的合影照。
我們知道，目前航空領域最常用的是渦輪發動機一般只能用於3馬赫以內的速度區間，一旦飛行速度超過3馬赫進入高超聲速領域，渦輪發動機就會遇到來流過快、溫度升高的麻煩，、直接導致發動機性能和輸出功率急劇下降。
但空天飛行器要往返於空地之間，速度必須快，高超聲速是基本要求，所以，對於空天飛行器而言，預冷發動機的研發是必須邁過的一道坎。所謂預冷發動機，就是通過對渦輪發動機進行冷卻，使其吸氣溫度降低，功率和性能得到提升，然後與衝壓發動機或火箭發動機進行組合，最終得到空天飛行器的動力——渦輪基/火箭基組合動力發動機。
預冷發動機又分爲兩種：一種是強預冷，即利用預冷器冷卻渦輪發動機；另一種是射流預冷，即在壓氣機入口噴入冷卻介質使進入渦輪發動機流道的空氣流冷卻。
目前，英國、美國、日本、俄羅斯等國都在預冷發動機方面有所研究，其中，英國反應發動機公司的強預冷發動機佩刀（SABRE）近年來進展最爲順利，知名度也最高。
佩刀發動機全稱Synergetic Air- Breathing Rocket Engine，意爲協同吸氣式火箭發動機，取每個單詞首字母即SABRE，意爲佩刀，這就是其名稱的由來。
佩刀發動機的設計目標是要求達到5倍音速的高速飛行，然而在這種高速飛行狀態下，進入發動機的空氣將達到1000攝氏度，足以嚴重損壞組件。因此，預冷器是 “佩刀”發動機的核心部件。
據悉，英國反應發動機公司的預冷器可以在不到20秒的時間內將空氣降低到零下150攝氏度。
看看上面這幅圖，它就是英國反應發動機公司研發的預冷器，由許多螺旋形纏繞的細小管道組成，空氣通過時被管中流動的氦氣冷卻。
這個預冷器看似簡單，設計和製作工藝上都要求相當高，據悉，英國反應發動機公司採用了鉻鎳鐵718合金管，孔徑爲0.98mm，厚度僅爲40μm，能在不降低物理強度的前提下，確保良好的熱交換性能。
2019年10月22日，英國反應發動機公司表示，預冷系統可處理5馬赫的溫度，這項技術突破距離“佩刀”發動機研發成功又近了一步。
由於我國國產的“高超聲速強預冷空天動力”項目方案並未對外公佈，所以其預冷器具體採用了何種結構和設計原理不得而知。
不過，即使是目前進展最爲順利的英國佩刀發動機項目，也還是處於技術研發階段，而從全國創新爭先獎的其他表彰項目來看，該獎表彰的是已經研發完成，取得成果，可以投入實際應用的項目，這或許意味着我國已經成功攻克了預冷器這一關鍵技術，已經可以將其應用在正在研發的空天組合發動機上。
另據中國航天空氣動力技術研究院微信公衆號2019年10月21日報道，中國航天空氣動力技術研究院第一研究所圓滿完成兩級入軌空天飛行器風洞自由分離試驗，兩級並聯飛行器成功分離，爲未來兩級入軌空天飛行器的研製提供了技術道路探索。
這或許表明，中國的空天飛行器，包括髮動機和總體設計，都已經取得了重大突破，而且領先於美、日、俄、英等世界空天動力強國。
最後，讓我們一起期待，我國的國產高超聲速空天飛行器，早日公開亮相。
