【據(jù)美國《航空周刊》網(wǎng)站2018年4月16日報(bào)道】盡管高超聲速吸氣式超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)已經(jīng)取得了一系列重大進(jìn)展，但研制未來用于武器、飛機(jī)和航天運(yùn)載的高速推進(jìn)系統(tǒng)仍然缺乏超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)部的基本流體特性和燃燒化學(xué)等關(guān)鍵知識。然而，在不干預(yù)或改變高速流動(dòng)特性的前提下在線實(shí)現(xiàn)高速氣流細(xì)節(jié)的可視化一直以來都面臨著巨大的挑戰(zhàn)。但現(xiàn)在，美國能源部阿貢國家實(shí)驗(yàn)室（ANL）由于長期致力于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的研究，升級研制了一套能夠產(chǎn)生高能高亮度X射線束的加速器光源設(shè)備，可望用于解決這一問題。

    阿貢國家實(shí)驗(yàn)室的“先進(jìn)光子源”（APS）升級后可產(chǎn)生世界上亮度極高的X射線；APS X射線是由加速至接近光速的高速電子產(chǎn)生的；高強(qiáng)度X射線能夠?qū)崟r(shí)捕獲超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部油氣混合的動(dòng)態(tài)圖像；APS設(shè)備能夠?qū)⒋罅扛吣芄庾釉跇O短時(shí)間內(nèi)聚焦在極小面積上。   

    阿貢國家實(shí)驗(yàn)室國家安全項(xiàng)目主管基斯?布萊德利（Keith Bradley）表示，“我們是西半球唯一一家能夠做到這一點(diǎn)的機(jī)構(gòu)。國會最近批準(zhǔn)我們升級APS，使之成為全球亮度極大的高強(qiáng)X射線源。”對于X射線來說，“亮度”是指X射線束的密度和方向性，它決定了光束能夠聚焦斑點(diǎn)的最小值。

    阿貢國家實(shí)驗(yàn)室在國家安全領(lǐng)域的貢獻(xiàn)最早可追溯到二戰(zhàn)時(shí)期曼哈頓計(jì)劃中物理學(xué)家恩里克?費(fèi)米（Enrico Fermi）領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)在核裂變上所做的大量基礎(chǔ)研究。阿貢國家實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)主要從事核能相關(guān)的科學(xué)與工程研究。在意識到APS對于高速推進(jìn)技術(shù)的潛在價(jià)值后，布萊德利表示，“我們正在逐步加強(qiáng)在國家安全領(lǐng)域的研究，而高超聲速很可能是其中頗有希望和前景我們能夠做出貢獻(xiàn)的重大方向。

    APS設(shè)備通過加速從1100攝氏度的陰極管發(fā)射出來的電子來產(chǎn)生X射線。加速電子的是一個(gè)可產(chǎn)生4.5億伏高壓電場的直線加速器，該加速器可將電子加速到99.999%的光速。然后被加速的電子進(jìn)入到環(huán)形磁場同步加速器，再次在0.5秒時(shí)間內(nèi)加速到70億電子伏的能量。然后這些電子進(jìn)入一個(gè)由1000多個(gè)電磁體構(gòu)成、周長達(dá)1104米的環(huán)形磁場，聚焦成一個(gè)很窄的環(huán)形電子束。這些電子束將產(chǎn)生超過60個(gè)獨(dú)立的X射線束，供在環(huán)形磁場外的35個(gè)試驗(yàn)段或?qū)嶒?yàn)室使用。

    阿貢國家實(shí)驗(yàn)室此前已經(jīng)驗(yàn)證了X射線可用于定量測量液體火箭噴嘴的流場，目前正在于美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室（AFRL）合作，旨在使用類似的診斷技術(shù)來研究液體射流與馬赫數(shù)2橫向氣流的摻混特性。阿貢國家實(shí)驗(yàn)室的研究人員認(rèn)為液體射流與橫向氣流的摻混特性數(shù)據(jù)將為驗(yàn)證超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)油氣混合計(jì)算模型提供一個(gè)參照基準(zhǔn)。布萊德利透露，“APS能夠在時(shí)間和空間具有非常高的分辨力，能夠透視內(nèi)部細(xì)節(jié)。一般的風(fēng)洞通常都可以對機(jī)身、機(jī)翼等結(jié)構(gòu)外部表面的流場成像，但卻看不到結(jié)構(gòu)內(nèi)部的流場。當(dāng)然你可以在內(nèi)部也安裝傳感器，但這又必然會干預(yù)內(nèi)部流場?！?/span>

    阿貢國家實(shí)驗(yàn)室目前專門調(diào)撥了若干X射線束來研究燃燒、燃燒流動(dòng)、燃?xì)鈩?dòng)力學(xué)和其他高速推進(jìn)相關(guān)的研究方向。實(shí)驗(yàn)室大量調(diào)研走訪了航空航天防務(wù)或政府機(jī)構(gòu)，以提升其知名度?！罢{(diào)研走訪的單位包括AFRL、海軍研究辦公室（ONR）、國防高級研究計(jì)劃局（DARPA）、航空噴氣-洛克達(dá)因、洛馬、軌道ATK、雷神等。我們正在努力進(jìn)入高超聲速科研體系，我們目前還是一個(gè)新手，因此將盡量多地去開展調(diào)研和交流?！庇捎贏PS不可移動(dòng)，使用者必須帶著試驗(yàn)件前來進(jìn)行試驗(yàn)。因此阿貢國家實(shí)驗(yàn)室正在考慮引入外部投資在附近建設(shè)一個(gè)高速研究相關(guān)設(shè)施的綜合體。“我們已經(jīng)討論了多種方式，希望建立起若干關(guān)鍵的一對一合作關(guān)系，并驗(yàn)證APS的在這方面的效用。

    “我們希望成為某個(gè)團(tuán)體的關(guān)鍵成員，整個(gè)團(tuán)體都可以使用我們這個(gè)國家資源來開展試驗(yàn)。”盡管布萊德利清楚這樣一個(gè)大計(jì)劃需要額外的聯(lián)邦資助，但他認(rèn)為其他外部相關(guān)試驗(yàn)設(shè)施也很重要?！拔覀冋诳紤]建造一個(gè)馬赫數(shù)2級的試驗(yàn)設(shè)施，并且最好還能夠在尺度上放大。隨著業(yè)務(wù)擴(kuò)展再慢慢研制更多專門用于高超聲速研究的試驗(yàn)設(shè)施，例如風(fēng)洞、下吹式試驗(yàn)段以及燃燒試驗(yàn)臺等。隨著美國意識正在被中俄超越，高超聲速已經(jīng)成為一個(gè)極其緊迫的國家安全優(yōu)先事務(wù)，我們希望阿貢國家實(shí)驗(yàn)室能夠在里面發(fā)揮作用?！保ㄖ袊娇展I(yè)發(fā)展研究中心 廖孟豪）

    本文轉(zhuǎn)自中國國防科技信息網(wǎng)

    美國《航空周刊》原文題目與鏈接：Argonne National Lab High-energy X-ray Facility’s Hypersonic Test Role （訂閱后可閱讀全文）

http://aviationweek.com/aviation-week-space-technology/argonne-national-lab-high-energy-x-ray-facility-s-hypersonic-test-rol