英国反应发动机公司Reaction Engines Limited （REL）是一家英国航空航天制造商，成立于1989年，总部位于英国牛津郡，以其高超音速推进和冷却技术而闻名，其提出的“协同吸气式火箭发动机”（SABRE，简称“佩刀”）便是其中之一。
“佩刀”发动机的诞生源于上世纪八十年代中期。那时，许多国家为了降低天地往返运输的费用，纷纷提出了多种可以水平起降的空天飞机方案，其中最著名的是英国采用预冷式吸气火箭的“霍托尔”(HOTOL)、美国采用超燃冲压发动机的“东方快车”国家空天飞机（NASP）和德国采用涡轮冲压发动机的“桑格尔”(SANGER)。到了20世纪90年代，这3个国家的空天飞机相继下马，但英国曾参与“霍托尔”研制的3名主力艾伦·邦德（Alan Bond）、理查德·瓦威尔（Richard Varvill）和约翰·斯科特（John Scott）仍然坚持前行，并于1989年成立了英国反应发动机公司，自筹资金，低调实施“云霄塔（Skylon）”空天飞机计划。“云霄塔”继承了“霍托尔”已取得的成果，但在机体结构和发动机等方面，进行了大量的技术创新，特别是在发展“佩刀”发动机方面，取得了重大进展。
空天飞机方案
根据英国反应发动机公司早期的规划，佩刀发动机将装配于“云霄塔”空天飞机上，该型飞行器可在常规跑道上起飞，在15分钟内爬升到地球的平流层上，并以五马赫的速度飞行，从伦敦到纽约的航班也就一个小时左右，两小时即可穿越大西洋。
佩刀发动机是一种涡轮、冲压、火箭组合的组合循环发动机，由主发动机通道和旁路冲压发动机通道组成，包括吸气式（空气中的氧和机载液氢）和火箭式（机载液氢和液氧）两种工作模式，在Ma5左右进行工作模式转换，能够将飞行器从静止状态无缝加速到入轨速度。飞机起飞后，在稠密大气层飞行时，采用“涡轮为主、冲压为辅”的吸气工作模式，由可变进气道进入的高温空气分两路，一路经预冷器降温后，在压气机的作用下先后进入预燃室和主燃烧室，经火箭喷管高速喷出，产生主要推力；另一路直接进入冲压发动机燃烧室，与少量氢燃烧，产生部分推力，提高氢的利用率。在高空高速飞行时，发动机进气道关闭，按照液体火箭发动机的工作原理工作，将飞行器加速到入轨速度。两种工作模式共用涡轮泵、可调尾喷管等关键部件，有效降低发动机结构质量。
佩刀发动机
在5倍音速的高速飞行状态下，进入发动机的空气将达到1000摄氏度，足以严重损坏组件。因此，预冷器是 “佩刀”发动机的核心部件。反应发动机公司的预冷器可以在不到20秒的时间内将空气降低到零下150摄氏度。并一共完成了超过300次试验验证，初步验证了预冷器的设计方法、制造技术和试验方法，试验结果表明该技术具备在0.05秒内将400公斤/秒量级的空气降温1100摄氏度的能力，并能够保持其单位重量的换热量达到100千瓦/公斤。在此基础上，英国REL于2019年3月搭建完成了预冷器高温试验验证平台，可提供超过1000摄氏度的进气来流，以模拟马赫数5飞行时预冷器进气高温条件，并已完成模拟来流马赫数3.3飞行时高温来流条件（420摄氏度）预冷器高温试验验证。
佩刀发动机内部结构示意图
热交换系统由许多螺旋形缠绕的细小管道组成，空气通过热交换器时被管中流动的氦气冷却。反应发动机公司为此攻克了两项关键技术，其一是制造技术，他们采用了铬镍铁718合金管，孔径为0.98mm,厚度仅为40μm，它能在不降低物理强度的前提下，确保良好的热交换性能。其二是霜冻堵塞的控制技术。在0℃以下时，空气中的水蒸气将在数秒内凝结并阻塞气流。2019年10月22日，英国反应发动机公司表示，已经证明其突破性的发动机技术可以应对高超音速的高温， “佩刀”高超音速发动机的预冷系统可处理5马赫的温度，这项技术突破距离“佩刀”发动机研发成功又近了一步。
内部预冷器
在今年十月份，由于未能筹集约 2000 万英镑(2570 万美元)的额外资金而被迫关闭。该公司倒闭之前，一直试图通过阿联酋战略发展基金(阿联酋塔瓦宗委员会的投资部门)达成交易，但失败了。据天空新闻报道，Reaction Engines的战略股东 BAE SYSTEMS 和劳斯莱斯拒绝提供足够的过渡资金，导致谈判失败。
由于 Reaction Engines 倒闭，英国高超音速项目受挫。此次倒塌对英国的高超音速飞行器实验（Hypersonic Air Vehicle Experimental，HVX） 计划具有重大影响，其中反应发动机在开发可重复使用的高速飞行器方面发挥了核心作用。
主要信息来源：澎湃新闻，航空产业网，Reaction Engine
文案丨星辰时客
排版丨王洋芋
