沒有找爹的意思。但中國人發明創新能力確實很差，出了新概念，稍微有心找一一下，就能找到洋爹。
組合發動機的概念是英國人的發明，美英合研
來源：Backgrounds 作者：劉曉明 北京海鷹科技情報研究所
2016年9月20日，航空周刊透露英國反應發動機公司（REL）進一步推進其“佩刀”（SABRE）發動機的研製工作，並詳細披露了該發動機1/4縮比驗證機的詳細計劃。同時9月中旬，美國空軍研究實驗室（AFRL）披露了兩型基於不同尺寸SABRE發動機的兩級入軌空天飛行器概念。SABRE發動機本質是渦輪、衝壓發動機和火箭發動機的組合，是航空航天動力技術的一次重要創新和探索，因其獨特的預冷卻技術和熱力學循環深受各方關注，目前英國REL公司、英國BAE係統公司、美國空軍等各方基於SABRE發動機技術分別開展了單級入軌空天飛行器、高超聲速快速響應飛機、兩級入軌空天飛行器等方案的研究，未來該發動機或可進一步加速高超聲速飛機及空天飛行器的發展步伐。
SABRE發動機研究進展
SABRE發動機前身是英國羅·羅公司的RB545發動機。1989年RB545發動機項目終止後，研究人員於1989年組建公司繼續開展後繼項目——SABRE發動機的研究設計工作。21世紀以來，SABRE發動機的關鍵技術“輕質高效預冷卻器”取得了突破，2012年，預冷卻器在地麵試驗中實現了在0.01秒內將進氣道1000°C以上的來流空氣溫度降低到-150°C而未結冰，此後項目進入了加速發展階段。2013年，REL獲得了英國政府和歐空局（ESA）的資金支持，2014年，REL與AFRL達成了“合作研究與發展協議”（CRADA）。2015年4月，AFRL分析確認了SABRE方案的可行性，2015年11月，BAE係統公司投資3180萬美元購買REL公司的20%的股份，並開展技術合作以推動SABRE發動機的研發工作。2016年7月，ESA與REL簽訂了一份1000多萬美元的合同，旨在支持該公司SABRE的進一步研製。
2016年9月披露規劃的SABRE發動機縮比驗證機尺寸與F-35戰鬥機的發動機F135相當，工作速度範圍為馬赫數0-5，地麵推力約為20噸，目前縮比驗證機仍處於最初設計階段，整個縮比驗證機的研製共分為三個階段，第一階段到2020年，主要完成SABRE發動機預冷卻器等核心部件的研究工作，第二階段為2020-2021年，主要完成縮比驗證機的集成試驗等工作，最後計劃在第三階段2020-2025年間尋求X-PLANE概念機或其他飛行器概念並進行該發動機的飛行驗證。
SABRE發動機
歐洲各方基於SABRE發動機的研究
SABRE發動機研製的初衷是作為REL公司的雲霄塔（SKYLON）單級入軌空天飛行器的動力係統，SKYLON空天飛行器是20世紀80年代英國提出的單級入軌空天飛行器概念，SKYLON空天飛行器搭載兩台SABRE發動機，設計起飛總重325噸，有效載荷15噸，可用於執行空天運載，實施衛星和空間望遠鏡部署、捕獲，空間站對接等任務。
SKYLON飛行器和SABRE發動機試驗圖
基於SABRE發動機而衍生出來的“彎刀”發動機，將作為長期先進推進技術概念研究（LAPCAT-II）計劃中的馬赫數5的民用高超聲速運輸機/客機的動力。“彎刀”發動機利用了SABRE發動機預冷卻技術的研究成果，簡化了熱力循環，具有良好的超聲速和亞聲速性能，適合作為巡航速度為馬赫數5的高超聲速運輸機的動力。
LAPCAT A2飛行器和彎刀發動機
英國BAE公司也於2016年發布了基於SABRE發動機技術的高超聲速快速響應飛機概念，該飛機可在臨近空間內以馬赫數5巡航飛行，可快速完成補給、精確偵察和信息支援等作戰任務。
BAE高超聲速快速響應飛機
美國進一步拓展SABRE發動機應用
早在2014年，AFRL和REL就SABRE發動機技術開展積極合作，簽訂了合作協議。2015年，美國空軍和NASA均對佩刀發動機技術進行了評估和研究，美國國防部則通過“高馬赫數飛行的持久預冷卻熱交換器項目”（Durable Pre-cooling Heat Exchangers for High Mach Flight）的“小企業創新研究計劃/小企業技術轉讓計劃（SBIR/STTR）”組織工業部門和中小企業對預冷卻器開展研究。
2016年，AFRL與REL合作進一步加速，REL公司專門在美國科羅拉多州建立分公司以推進與美國的合作。美國空軍表示未來可能基於SABRE發動機技術推出高超聲速飛機和兩級入軌空天飛行器方案,以進一步完善其高超聲速裝備體係。
2016年9月中旬，AFRL披露了兩型基於SABRE發動機兩級入軌空天飛行器概念，其中一型為第一級可重複使用，起飛總重為159噸、起飛距離600多米、有效載荷2.3噸，第一級采用兩台SABRE發動機作為動力，推進劑質量比為0.43（遠低於第一級為火箭動力的可重複使用飛行器），在馬赫數4.4、飛行器高度20千米左右時轉換為火箭模態並爬升到80km高度、馬赫數8時，第一級與第二級分離。第二級通過火箭發動機入軌，而第一級則可返回重複使用。報告中明確提出SABRE發動機的尺寸調節為推重比0.7，可以推算出每台發動機的推力約為50噸級，而REL披露的SABRE發動機1/4縮比驗證機的推力約為20噸級，目前最新SABRE發動機的推力約為80噸，由此可以推斷出該型兩級入軌空天飛行器方案所用的發動機尺寸介於全尺寸發動機和1/4縮比驗證機之間。
AFRL提出的基於SABRE發動機的兩級入軌空天飛行器方案1
方案1飛行任務演示示意圖
方案1飛行軌跡3D視圖
第二型空天飛行器的第一級和第二級均可重複使用、起飛總重約590噸、有效載荷約9噸，整個飛行器總長約57米，第一級同樣采用兩台SABRE發動機，能夠將9噸的有效載荷發射至高度183千米。假設其推重比仍為0.7，可推算出其單台發動機的推力約為200噸，約為目前全尺寸SABRE發動機推力的3倍，可見其發動機會比全尺寸的SABRE發動機還要大的多。綜上可判斷第一型空天飛行器的可實現性要比第二型空天飛行器的可行性更強。
AFRL提出的基於SABRE發動機的兩級入軌空天飛行器方案2
方案2軌跡圖
美探索多種可重複使用高超聲速動力形式
動力係統作為高超聲速飛機和空天飛行器的核心技術，美國對適用於高超聲速飛機和兩級入軌空天飛行器中可重複使用第一級的高超聲速動力開展了多種技術路線的探索，包括預冷卻高速渦輪發動機組合動力、三組合動力、渦輪基組合動力、可重複使用火箭等方案。
預冷卻高速渦輪發動機組合動力——SABRE發動機采用的熱力循環和預冷卻方式具有獨特的技術優勢，美國對其表示出極大的興趣，並和REL展開積極合作。AFRL提出的兩型基於SABRE發動機的兩級入軌空天飛行器的概念預示美國已經圍繞SABRE發動機進行了很長時間的研究，且美國已經將基於SABRE發動機技術的空天飛行器作為其空天進入的一種重要的方案選擇。而REL披露的發動機1/4縮比驗證機項目則是基於SABRE發動機技術的成熟度而提出的更加合適的發展路徑，該發動機縮比驗證機尺寸更適用於高超聲速飛機，這很可能是REL為迎合美國高超聲速飛機的發展需求而提出的驗證方案。
三組合動力方案——2011年6月航空噴氣發動機公司披露準備研究一種新型的三發動機組合循環推進係統（Trijet），通過渦輪發動機、火箭增強引射衝壓發動機及雙模態衝壓發動機的有機整合實現高超聲速推進的目標，Trijet方案中采用了一種非常新穎的超燃技術-中心燃燒技術。中心燃燒技術可顯著減少用於冷卻發動機的燃料量，從而使發動機獲得比常規設計方案更大的熱安全裕度和更高的飛行速度。
渦輪基組合動力——美國很早就為TBCC的研究開展了多項研究項目，包括組合循環發動機技術（FaCET）項目、高速渦輪發動機驗證（HiSTED）和超燃衝壓發動機（SED）等項目，2016年DARPA透露美國計劃在2017年啟動名為先進全域發動機（AFRE）的項目，旨在應用現貨渦輪發動機完成全尺寸渦輪基組合循環發動機（TBCC）的模態轉換進行驗證，研究確立高超聲速飛機TBCC推進係統工程化的可行性，2016年8月12日，美國國防高級研究計劃局（DARPA）公布了AFRE項目的廣泛機構通告，較為詳細介紹了項目提出的背景、發展目標、計劃安排、性能需求等。
可重複使用火箭——同時美國還提出了探索基於可重複使用火箭的空天飛行器（XS-1）方案，XS-1項目旨在完成可重複使用助推飛行器的研製試飛，並要求該飛行器具備支撐一次性使用上麵級將1.36噸載荷送入軌道、同時將單次發射成本控製在500萬美元以內的能力。
可見美國正積極開展多種動力方案探索，瞄準AFRL製定的2030年實現有限可重複使用高超聲速飛機技術準備就緒、2040年實現完全可重複使用高超聲速飛機技術準備就緒的發展路線圖及太空進入的目標不斷推進其高超聲速動力技術的發展。
