Можно ли использовать перепускной воздух для охлаждения ракетного двигателя, как в турбовентиляторных двигателях?

Воздушное охлаждение тут не поможет.

Двигатели «Шаттлов» охлаждались жидким водородом (-253°C) из системы подачи топлива, прокачиваемой по охлаждающим каналам внутри сопла. Типичная рабочая температура сопла составляла около 54°C. Да, пятьдесят четыре по Цельсию. (Инженерные соединения BBC — см. этот ролик на Youtube )

Максимальная скорость СР-71 (около 3,2 Маха) ограничивалась температурой поступающего к двигателям воздуха, который после сжатия во впускных каналах достигал температуры около 400°С. ( Википедия: SR-71 )

Шаттл проходит скорость 4 Маха примерно через 2 минуты после запуска.

Практически все реактивные двигатели используют метод, очень похожий на метод, который вы предлагаете: внутренняя часть камеры сгорания, турбины и выхлоп (и форсажная камера, если она есть в двигателе), а также лопатки турбины и статоры закрыты. с маленькими отверстиями. Через эти отверстия нагнетается охлаждающий воздух, образуя пограничный слой между металлом и сверхгорячими газами.

Температура горения топлива/воздуха в реактивном двигателе намного выше температуры плавления металлов, используемых для создания этих компонентов, поэтому это необходимо. На самом деле температура газов превышает температуру испарения ряда металлов.

Откуда берется этот охлаждающий воздух? Он исходит от компрессора двигателя. Причина, по которой перепускной воздух не используется, заключается в том, что он находится под более низким давлением, чем внутри сердечника двигателя, поэтому горячие газы будут выходить через отверстия в перепускной канал. В этом случае пограничный слой состоит из горячего газа вместо холодного, что разрушает двигатель.

Чтобы получить воздух надлежащего давления, воздух «сбрасывается» из компрессора в точках, где давление достаточно велико, чтобы обеспечить достаточный поток (в правильном направлении!) к частям двигателя, которые в нем нуждаются. Этот метод охлаждения настолько эффективен, что компоненты реактивного двигателя, которые должны выдерживать наибольшее количество тепла, на самом деле являются частями компрессора, работающими под самым высоким давлением, потому что (а) воздух нагревается, когда вы его сжимаете, и (б) вы можете Не используйте тот же метод холодного пограничного слоя в компрессоре, потому что вам нужен воздух с более высоким давлением, чем горячий воздух, от которого вы пытаетесь защитить компонент, а компонент является частью части компрессора с самым высоким давлением.

Вот изображение направляющего аппарата реактивного выхлопа, на котором хорошо видны отверстия для охлаждения:

На ракетном двигателе вы могли бы потенциально охладить его сжатым атмосферным воздухом, но это добавит веса и сложности и будет работать только в нижних слоях атмосферы, где плотность воздуха достаточна, чтобы обеспечить достаточный массовый расход для поглощения тепла. . Поскольку, как вы упомянули, топливо (или потенциально окислитель) можно использовать для эффективного охлаждения двигателя с гораздо меньшими потерями в весе и большей свободой в условиях эксплуатации, это был очевидный выбор для большинства высокопроизводительных ракет на жидком топливе.

Ракета с воздушной подушкой использует воздух из набегающего потока для обеспечения дополнительной тяги (и потенциально) для охлаждения двигателя. Две основные проблемы с попыткой добавить «дополнительный» воздух в поток ракеты: сопротивление корпусу ракеты (почти основная) и нарушение высокотемпературного потока (особенно если вы пытаетесь ввести воздух где-то вокруг). сопло).

Две основные причины: во-первых, ракеты работают на нелепом уровне мощности — только насосы для топлива и окислителя на космическом челноке имеют общую мощность на валу больше, чем турбовентиляторный двигатель GE90 — так что вам будет действительно трудно получить достаточный поток воздуха, жидкий водород — это гораздо лучший радиатор, особенно в тех количествах, которые они используют.

Во-вторых, большинство ракет построены с намерением отправиться в космос, где вообще нет охлаждающего воздуха, поэтому, когда вы поднимаетесь выше и воздух становится тоньше, ваша ракета с воздушным охлаждением быстро перегревается.