冲压发动机转级技术研究现状与展望

冲压发动机的转级技术是各类超声速、高超声速飞行器研制所面临的一类技术难题。为了系统性地研究冲压发动机转级技术的研究现状,总结了冲压发动机在转级过程气动方案设计、进气道流动分析、转级时序设计等方面所面临的关键技术问题,综述了国内外研究进展情况,在此基础上指出了当前在超燃冲压发动机转级技术研究、转级过程数值仿真、地面试验等方面存在的不足,对后续研究工作进行了展望。     

变循环涡扇冲压组合发动机发展现状及关键技术分析

总结了国内外变循环涡扇冲压组合发动机的发展现状,对比分析了有/无能量传递构型的变循环涡扇冲压组合发动机的工作原理及优缺点。提炼了变循环涡扇冲压组合发动机的关键技术,包括总体性能仿真技术、高速宽工况风扇设计技术、加力/冲压燃烧室设计技术、热管理系统设计技术以及模态转换设计技术。基于国内需求和相关技术研究现状,给出了变循环涡扇冲压组合发动机后续重点研究方向的建议,包括发动机总体性能设计与仿真工具、发动机多设计点多学科耦合设计方法、发动机热管理系统设计与仿真建模以及关键部件的设计与试验。     

三维并联式TBCC发动机排气系统设计与实验

为实现三维并联式TBCC排气系统的设计,利用基于二维最大推力理论的密切法设计了圆转矩变截面非对称冲压发动机喷管,并在冲压发动机喷管上壁面为三维曲面的条件下,利用转动加滑动共用面的调节方式实现了涡喷发动机喷管的内型面设计及其喉道面积的调节,从而完成了排气系统设计。随后对设计结果进行了冷流实验验证。结果表明,这种排气系统设计方法具有可行性。在冲压单独工作状态,壁面压力分布的数值计算与实验结果吻合较好,相对方均根偏差低于10.8%;在涡喷单独工作状态及共同工作状态,上壁面压力在激波附面层干扰区域内偏差较大,最大相对偏差可达30.6%。但壁面压力分布的数值计算与实验结果的整体变化趋势一致。      

欧美固体火箭冲压发动机研制

详细介绍了欧美固体火箭冲压发动机的发展过程和研制情况,以及欧洲"流星"导弹用固冲发动机和美国"变流量火箭冲压发动机-飞行器概念"演示项目的研制和试验情况,并对固冲发动机关键技术的进展进行了分析.     

拉菲尔公司披露冲压发动机研制工作

以色列拉菲尔公司在从事冲压发动机导弹动力装置研究,现已完成几次发射试验。该项计划已纳入处于研制阶段的工程。以色列的马纳推进与探究系统分公司已在试验环形进气道冲压发动机设计,这可能与以色列飞机工业公司的加伯列反舰导弹的超音速后继型号研制项目有关。以色列冲压发动机计划的详情不清,拉菲尔公司只是表明这些研究项目属技术验证器。它谢绝讨论冲压发动机潜在的特殊应用。然而,环形进气道冲压发动机设计很可能应用于面空、空面或面面导弹。认为多个进气道（两个或四个）比较适用于空空导弹整体式火箭冲压发动机设计。加拍列导弹后…     

水平起降Ma4高速飞机用涡轮冲压组合发动机研制关键技术难点解析及对策研究

水平起降Ma4高速飞机是目前研究的热点,涡轮冲压组合发动机是其可行动力形式之一,但历经50多年发展,Ma3.5以上涡轮冲压组合动力目前仍然停留在地面试验阶段,为了探明限制涡轮冲压组合发动机从技术研究转入工程研制的关键因素,本文设计了一个配装两台涡轮-亚燃冲压组合发动机、最高飞行速度为Ma4左右的水平起降高速飞机模型,设定了飞行任务剖面,计算出了整个飞行过程中飞机对发动机的推力需求,并对比现有航空发动机技术能力,分析出了阻碍涡轮冲压组合发动机向工程应用迈进的三大核心要素:飞机高空高速爬升阶段发动机存在一个巨大的"推力缺口",现有发动机推重比不够高导致飞机有效载荷和航程受到极大限制,发动机长时间高Ma数飞行导致可靠性和寿命低。据此针对性提出了技术研究措施建议。     

基于航迹优化的变几何冲压发动机控制规律设计方法

宽速域的高超声速飞行需求对冲压发动机的变几何控制提出了更高的要求。基于高斯伪谱航迹优化方法,通过耦合变几何冲压发动机的控制变量及飞行器攻角变化率,将宽速域变几何冲压发动机的控制规律设计问题转换为特定飞行器的多变量最优航迹求解问题,建立了变几何亚燃冲压发动机的飞行器/推进系统匹配分析方法,实现了典型变几何冲压发动机的控制规律优化设计。研究结果表明：进排气无级可调冲压发动机最经济爬升轨迹相比最快爬升增加16.3%时间,节省7.8%燃油消耗,两种航迹状态下进气道均接近于临界状态,差异主要来自于油气比控制规律不同;喷管喉道面积两级可调冲压发动机通过动态调整进气道出口正激波位置及燃烧室油气比,亦可实现宽速域内的快速爬升,此时最经济航迹下燃油消耗较无极可调方案多20.8%,时间增加5.6%。     

多喷流干扰级间热环境风洞试验研究

运载火箭级间热分离过程中,级间段受高温高压喷流的影响,所处环境恶劣,研究级间热环境中压力、温度和热流分布规律对级间段结构的优化具有重要意义。在Ф1m高超声速风洞中,采用以微型固体火箭燃气为喷流介质的热喷流模拟技术,模拟了运载火箭二级主发动机和四个游动发动机同时工作多喷流干扰条件下的级间热环境,并对级间压力、温度和热流测量试验技术进行了研究,获得了不同级间距、不同排燃窗开口数量情况下的二级底封头和一级前封头表面的热流、温度及压力分布特性。试验结果表明,级间距越小,分离环境越恶劣,压力、温度、热流分布越不均匀;总排燃面积保持不变,排燃窗开口数量变化,对一级前封头上的压力、温度、热流影响不大,但对二级底封头影响较为明显,随着开口数量的减少,二级底封头上压力、温度、热流值均有所增大。本项试验采用同轴热电偶测量了级问区域的热流,热流结果精准度的提高以及热流模拟准则还需进一步探索和研究。     

高空高速液体燃料亚燃冲压发动机动力特性研究

本文介绍了一种液体燃料亚燃冲压发动机的变比热性能计算方法,并对某型亚燃冲压发动机进行了性能计算,分析讨论了设计参数对发动机性能的影响.本文计算方法可用于液体燃料亚燃冲压发动机总体方案设计阶段的参数选择和性能分析.     

超燃冲压发动机性能的准二维计算方法

为了能在双模态超燃冲压发动机流道方案初步论证中提供一种较快速的发动机性能计算方法,在二维N-S方程基础上,引入一维完全燃烧计算方法,提出了预估超燃冲压发动机性能的准二维计算方法.该方法能够计入激波、边界层分离等对发动机性能的影响,可在较短时间计算出整机推力、比冲性能和沿程热力学参数.通过对自由射流发动机计算,验证了此方法.并在此基础上,初步分析了燃料喷注位置和流道构型对发动机性能的影响.     

纤维缠绕壳体封头厚度计算

纤维缠绕火箭发动机壳体封头厚度是不均匀的，封头形状、纱带宽度及两端开口影响着外壳厚度，回顾了上计算方法，并在此基础上发展了一种计算封头厚度的公式，最后用这几种公式对实际的壳体封头厚度进行了计算，并与实测值进行了比较。     

精铸钛合金后封头通过鉴定

某环形加速发动机用精铸钛合金后封头的研究于1987年11月24日在北京怀柔通过航天部和航空部联合鉴定。 精铸钛合金后封头,直径φ350mm,高160mm,为椭圆半球形封头,最小壁厚3mm。在同一母线上并排开三个大口,开口系数(开口直径/零件直径)大于0.9。后封头工作压力为9.8MPa,工作时间1min。后封头型面复杂,为高压薄壁件。     

变结构RBCC发动机亚燃模态全流道数值模拟研究

变结构燃烧室是提高宽范围工作火箭基组合循环（Rocket-Based Combined-Cycle,RBCC）发动机性能的有效途径之一,本文旨在通过全流道三维数值模拟的方法研究变结构RBCC发动机在低来流马赫数条件下燃烧室与进排气匹配状况,以及研究采用变结构燃烧室进行亚燃模态可靠燃烧组织的可行性。针对Ma3来流,研究了火箭冲压和纯冲压燃烧模式下的发动机性能,并实现了燃烧室工作模式的转变。通过本文的研究工作得到以下结论：（1）在火箭冲压工作模式下,一次火箭小流量工作能够提高二次燃料的燃烧效率,冲压燃烧室比冲性能较优,燃烧室与进排气能够匹配工作。（2）燃烧室工作在火箭冲压模式时,采用燃料支板集中喷注燃料的性能优于隔离段和燃料支板分散喷注时性能;发动机工作在纯冲压模式时,燃烧效率将会下降,并且发动机冲压比冲比火箭冲压工作模式下降10.2%,全流道比冲则上升14.5%。     

组合发动机模式转换过程目标规划研究(英文)

为保证涡轮/冲压串联组合发动机能够实现平稳的模式转换,对能够实现平稳模式转换的多变量多目标规划算法展开了研究。首先论述了所研究的变循环涡轮/冲压组合发动机的结构特点、模式转换工作点的选取原则、涡扇设计参数和冲压模式设计参数的选取原则,并给出了涡扇和冲压模式的设计点性能。针对模式转换过程的各步骤及其控制目标,发展了部件级变循环组合发动机性能模型。在此模型的基础上,把Newton-Raphson算法运用于模式转换过程的多变量多目标优化研究中。研究结果表明,该算法具有很高的收敛性,满足规划目标的最大残差仅为0.06%。最后,利用上述算法设计了模式转换过程的过渡态控制规律,并完成了平稳模式转换过程的过渡态模拟。     

整体式火箭冲压发动机

自六十年代初到七十年代初的十几年间,在美国冲压发动机处于被冷落的地位。随着对各类战术导弹战术技术指标要求的不断提高,随着在火箭发动机技术和冲压发动机技术方面取得进一步进展和电子控制制导元件的小型化,冲压发动机又有复兴的苗头。一个重要的发展趋势是将火箭技术和冲压发动机技术结合起来,搞成组合式动力装置,如固体管道火箭、整体式火箭冲压发动机等。本文简要介绍一下整体式火箭冲压发动机在美国的研制情况。     

超燃冲压发动机进气道特性及传感器选择研究

针对超燃冲压发动机进气道状态监测系统的需求,通过对超燃冲压发动机进气道进行二维流场数值模拟,得到了超燃冲压发动机进气道在不同马赫数、不同反压下的数值模拟结果,进而通过分析进气道从起动状态到不起动状态下的壁面静压分布特性,给出了进气道起动状态的初步判断准则。在确定了进气道监测参数的基础上,将可拓学理论用于超燃冲压发动机传感器选型中,建立了超燃冲压发动机传感器选型的综合评价方法,并以压力传感器选型算例验证了该方法的可靠性。该研究为超燃冲压发动机参数测量方案制定和状态监测系统设计提供参考。     

冲压发动机板壳结构可靠性的研究现状与展望

为提高推重比,板壳结构在冲压发动机结构设计中被广泛采用。但板壳结构易出现振动引起的疲劳失效以及屈曲变形等失效模式,影响了冲压发动机的研制和使用。针对冲压发动机的发展需求,综述了国内外对板壳结构振动问题、声疲劳分析方法以及热屈曲问题的研究工作,指出应当从理论、试验和数值仿真角度,系统、全面地研究高温环境下板壳结构可靠性的...     

引射式火箭冲压组合推进系统的数值仿真

为了研究利用火箭作为引射器的引射式火箭冲压发动机的性能及内部流动机理,建立了一维总体性能计算模型,对火箭冲压组合发动机的性能参数进行了数值计算;此外,又基于CFD技术,对火箭冲压组合发动机的内部流场进行了数值仿真。总体性能计算结果表明,引射式火箭冲压发动机可以产生推力增益和提高比冲;流场计算结果表明,火箭主流与二次空气流在引射掺混过程中参数匹配是合理的。由此可见,所建立的计算模型是正确合理的,采用火箭发动机和亚燃冲压发动机的组合方式是可行的。     

印度研究导弹和航天器用吸气式推进装置

印度研究导弹和航天器用吸气式推进装置印度在导弹如航天器用吸气式推进装置的研制工作中，曾进行了远程面空导弹整体式固体火箭冲压发动机系统的研制。目前正在研制的整体式液体火箭发动机技术，具有大射程和数字燃调系统的调节能力。冲压发动机推动的炮射导弹也在积极研...     

主动引射自由射流试验系统舱压的仿真建模分析

为了准确预测主动引射自由射流试验过程的舱压动态变化规律,对用于固体冲压发动机试验的自由射流试验系统的关键气动过程建模和仿真分析.建立了试验系统和固体冲压发动机试验件的数学模型与仿真流程图,对比了仿真结果与试验结果的差异,分析了在不同工作时段的冲压发动机对舱压变化的影响,对模拟马赫数和高度均变化的变工况虚拟试验仿真,获得...