导弹/固体火箭发动机一体化设计

本文以两级推力固体火箭发动机为动力的某空-空导弹作为算例,研究了导弹/固体火箭发动机一体化设计的问题.为此,建立了固体火箭发动机的能量模型、质量模型和导弹与目标的数学模型.利用优化理论,成功地完成了九个设计变量的优化问题.优化结果表明,导弹的起飞质量减轻23.3kg(约占总重的9%).     

飞航导弹/涡扇发动机一体化设计-约束分析与任务分析

1引言与火箭发动机相比,涡喷、涡扇发动机在亚声速条件下具有更高的比冲,而且发动机的状态可以调节,因而推力可以改变,所以以涡喷、涡扇发动机为主动力的飞航导弹具有更远的射程,并能够实现更为复杂的飞行弹道。另一方面,由于涡喷、涡扇发动机的特性参数(推力和耗油率)会随飞行     

涡轮基组合动力与火箭的耦合特性分析及匹配优化设计

基于高斯伪谱航迹优化方法,建立了"火箭辅助型涡轮基组合动力"的飞行器/推进系统匹配分析方法,针对地面水平起降、以马赫数5巡航的高超声速飞行器,以巡航航程最远为目标,完成了涡轮基组合动力（TBCC）与火箭的耦合特性分析及匹配优化设计。研究结果表明：对于可行的TBCC方案（起飞推重比为1.0）,引入合适推力的火箭有助于提升加速爬升段的总效率并降低质量消耗,且对巡航航程有着一定的提升（4%起飞重量推力火箭可增加航程0.97%）;对于不可行的TBCC方案（起飞推重比为0.8）,引入火箭不仅可实现推进系统方案的收敛,且其巡航航程相比可行的TBCC方案最多可增加7.9%。考虑到TBCC较大的"死重"和较低的单位迎面推力对巡航性能的不利影响,结构质量占比为25%的巡航型飞行器建议采用"13%起飞重量推力火箭辅助起飞推重比为0.7的TBCC "推进系统。相比之下,结构质量占比为55%的加速型飞行器建议采用" 5%起飞重量推力火箭辅助起飞推重比为0.98的TBCC"推进系统。     

推重比-10级发动机综述

本文首先介绍了第四代战斗机及其动力装置的战术技术要求，分析了国外推重比10-级发动机的设计技术，并通过对飞机推重比和发动机推重比的关系、飞机推力与飞行器阻力之间的夫系，对我国推重比10-级发动机提出了技术要求、参数选择。     

用Monte Carlo法分析固体火箭发动机推力终止过程内弹道散布

用辨识方法确定了带反喷固体火箭发动机推力终止过程中的瞬变参数，视这些参数是服从正态分布的随机变量，用Ｍｏｎｔｅ ｃａｒｌｏ方法分析了推力终止过程内弹道的散布。结果显示，推力终止过程中不同时刻压力散布服从正态分布，据此求出了弹道散布的数字特征和分布函数，研究结果对带反喷管的固体火箭发动机设计有参考价值。     

基于飞/发一体化的Ma=8~10飞行器任务性能快速评估与分析

针对典型飞行马赫数Ma=8~10高超声速飞行器/超燃冲发动机一体化构型,建立了飞/发性能一体化模型,可以快速评估飞行器气动力、发动机性能和飞行任务性能。对比了在起始推重比为0.3、0.4、0.5和0.6下的飞行器飞行性能,以燃料消耗最小为目标,基于飞/发性能一体化模型,利用MATLAB优化工具箱中的序列二次规划（SQP）算法,得到了该飞行器的最优起始推重比为0.422。给出了Ma=8~10飞行器/发动机的概念方案总体参数,在载荷质量为1 000 kg下,飞行器总质量为5 943 kg,发动机推力为2 505 daN。该飞行器在攻角范围为4.1°~3.8°下总的飞行时间为489 s,飞行距离为1 360 km。     

三种航空燃气轮机加入级间燃烧室后性能变化浅析

为探究级间燃烧室对各种航空发动机的性能影响,利用热力循环原理分别计算了在有无级间燃烧室的情况下涡喷、涡扇和涡轴发动机的性能结果并与实际型号做出对比。通过计算获得了上述三种发动机在加入级间燃烧室后的单位推力和耗油率随飞行马赫数等参数在一定范围内变化的曲线。结果表明加入级间燃烧室后对各种发动机的动力性能提升都在10%以上,个别涡轴发动机可达30%。同时若能将加入级间燃烧室后增加的质量控制在一定范围内,则对于各型发动机均可提高其推重比。      

火箭-涡轮发动机的制造工作即将完成

美国CFD研究公司正在最后组装一种将火箭发动机和涡喷发动机技术组台在一起的先进的空气喷气发动机。按计划,这种非飞行重量验证机的地面试验将在近期进行,而飞行试验可能也在1999年进行。这种空气涡轮一火箭（ATR）发动机循环将为空气喷气推进系统提供大的重要的收益,这些收益包括简单和低成本的结构、高的推重比（20－40）、大的油门能力、不敏感性和可长期储存。这种结构紧凑的混台式发动机,其近期的可能应用是装战术导弹和高速无人飞行器。由于ATR循环采用了火箭发动机和涡喷发动机的技术,所以它将起到新发动机的作用,并在以…     

再燃室布局对基于固体火箭引射式发动机性能影响研究

为了降低靶机的生产成本,提高靶机发动机的推重比,建立了基于固体火箭引射式组合发动机模型,其结构包括固体火箭与再燃室,两者之间的布局可分为固体火箭内置式和固体火箭外置式,为了优化发动机布局结构,采用再燃室定量加热方法模拟发动机工作过程,分别对内置式及外置式布局发动机进行了数值计算。计算结果表明:在相同的入口引射面积条件下,随着加热量的增加,内、外置式发动机引射效率都降低,内置式布局发动机推力基本不变,外置式布局发动机推力逐渐增大,具有较高的推力及推力增益(最高达到39.3%);由此可知,外置式发动机具有更好的推力性能。为了进一步优化外置式布局发动机,分别计算了引射口尺寸L与固体火箭出口直径D之比(L/D)为1/6,2/6,3/6,4/6,5/6,6/6的六种工况。结果表明:随着L/D从1/6增大到6/6,引射效率、推力及推力增益呈现先增大后减小的趋势,在L/D为4/6时,发动机引射效率和推力达到最大,此时发动机性能最优。     

旋转飞行器固体火箭发动机内涡核流动的数值分析

为分析旋转飞行器固体火箭发动机内涡核流动,采用数值计算的方法对发动机流场进行模拟。计算结果显示发动机的旋转增强了轴向涡核流动,随着涡核的不断延伸,在喷管入口处,由于潜入式喷管结构以及喷喉直径较小,振荡运动随之加强。涡核在流经喷管时的不断增强,在喷管区域形成了非对称的压力形式,并且产生了实际中的扰动侧向力,最终导致了飞行器的章动不稳定性。     

微型涡喷发动机顶层设计研究

对微型涡轮喷气发动机的顶层设计问题进行了研究。首先分析了发动机尺寸对性能的影响,揭示了微型发动机推重比具有与尺寸成反比提高的潜力。基于各相关学科近期能达到的技术水平,选择了微型发动机尺寸并提出了初步设计方案。对微型涡喷发动机的压比、燃烧室出口温度和各部件效率等设计参数进行了单变量和双变量分析,得到了这些参数对推力、耗油率等性能的影响规律。提出了一个能简便准确地判断微型发动机顶层设计方案是否能产生推力的判别准则,并得出了高、中、低性能的三种气动热力参数顶层设计方案。      

喷液式固体火箭发动机的稳定性

提出了一种喷液式推力大小可控的固体火箭发动机方案。对反馈控制系统的各个环节建立了运动方程,进而求得时变非线性系统在平衡点的常系数拟线性控制方程,并确定了系统的平衡稳定边界方程和稳定准则。分析指出,喷液式推力可控固体发动机和普通固体发动机在稳定性上有本质差别。小推力工况下发动机工作初期稳定性最差。喷注比或燃烧室自由容积越大,稳定性越好,压强指数在中n和高n值时有利于稳定。     

基于飞/发一体化的涡轮冲压组合发动机概念方案设计

建立了飞/发一体化约束分析与任务分析模型,形成了由飞行器指标参数到发动机推力需求的概念设计方法。基于某超声速飞行器的设计指标,开展了飞/发一体化分析,确定了满足任务约束的飞行器总重和发动机推力需求,初步确定了发动机的技术方案,并基于飞/发一体化分析方法,对飞行器的任务轨迹、组合发动机模态转换马赫数和超级燃烧室尺寸进行了优化,可为后续组合发动机总体方案设计提供明确牵引。     

高超声速一体化飞行器推阻特性测量研究

利用飞行器和发动机研究成果,设计了能在0600mm脉冲燃烧风洞开展试验研究、基本满足推阻平衡要求的缩比机体／推进一体化飞行器模型,利用0600mm脉冲燃烧风洞,完成了带动力一体化飞行器推阻特性的试验研究。设计了组合式三分量一体化飞行器测力天平,在以氢气为燃料、发动机工作时（油气比约为1．2）,一体化飞行器模型推力与阻力相当,飞行器实现了推阻平衡。试验表明,飞行器和发动机匹配良好,发动机实现了点火和稳定燃烧,并取得了较高的推力收益,较好地验证了超燃冲压发动机和一体化飞行器设计和计算分析预测的有效性,为大尺度飞行器测力研究奠定了技术基础。     

向心涡轮导向器设计改进及应用

为了提高微型涡喷发动机综合性能,对其单级向心涡轮导向器进行改进设计。改进设计中,采用发动机性能试验摸底导向器物理喉部面积,全三维气动手段优化叶片型线方法,提高涡轮级气动性能。数值计算得出:在近设计点处,涡轮级流量增加约12.5%,效率提升约2.5%。发动机性能试验表明:在设计转速下,推力增幅达21.7%,燃油耗油率降低12%。改进设计的涡轮导向器性能满足发动机总体要求。     

火箭冲压组合动力系统研发再思考

简要介绍了火箭冲压组合发动机研究的现状和面临的问题,分析了火箭冲压组合发动机的应用方向和发展途径。认为火箭冲压组合发动机的研发,应针对不同的应用,产生针对性的方案;针对不同方案,注重相关关键技术集成;从飞行器总体性能角度一体化设计,平衡部件参数与性能;改进组合发动机用火箭发动机和冲压发动机的设计理念;加强仿真技术研究,优化试验系统建设,研究新型试验技术。     

航空发动机百年精华回眸

涡喷发动机的出现实现了超音速飞行,使飞机性能产生了质的飞跃;低涵道比涡扇发动机的高推力和低油耗特性改变了航空业的面貌;高涵道比和高推重比发动机使飞机的发展达到新高潮。这些发动机的发展都基于新技术的进展     

微型涡喷发动机总体综合设计应用研究

微型涡喷发动机总体设计目前还没有较为详细的设计准则和方法。本文应用涡轮发动机的尺寸和重量设计与评估方法,对9~80 kg 级的多台微型涡喷发动机进行总体综合设计并与其发动机数据进行对比评估;建立微型涡喷发动机综合设计数据库,提炼微型涡喷发动机综合设计准则,利用该准则进行16 kg 级微型涡喷发动机的总体综合设计。结果表明：应用微型涡喷发动机总体综合设计方法得到的设计准则可靠性高,能够对微型涡喷发动机进行总体方案设计。     

基于飞/发性能一体化快速迭代的循环参数匹配

针对150 kN级大涵道比涡扇发动机总体性能参数匹配设计问题,以A340-300飞机对发动机的任务需求为例,采用基于飞/发性能一体化快速迭代优化方法,将飞机/发动机一体化设计与发动机总体性能优化设计进行耦合迭代,对多约束条件下的大涵道比涡扇发动机总体性能方案进行优化设计。结果表明：在保证发动机满足飞机任务需求和任务载荷要求,以及发动机尺寸、质量、污染排放要求等约束条件下,飞机的最大起飞质量较初始方案减轻约14.33%,较A340-300飞机的最大起飞质量减轻约8%～9%;燃油消耗量较初始方案减少约20.6%;在保证发动机与飞机良好匹配性的前提下,通过飞发优化迭代使发动机和飞机的设计难度都有一定程度地降低。采用的研究思路与方法是合理、可行的,具有工程实用价值。     

涡流阀固体变推力发动机控制流参数影响规律研究

为快速求解涡流阀固体变推力发动机的工作参数、研究控制流参数对涡流阀固体变推力发动机的影响规律,改进了求解涡流阀固体变推力发动机工作参数的理论计算模型,并利用该模型研究了控制流参数对涡流阀固体变推力发动机推力调节性能的影响规律。结果表明:该模型最大相对误差为10.83%,可用于涡流阀固体变推力发动机的计算分析;在控制流压强与控制流流量相同及分子量相当的情况下,提高控制流温度可以提高推力调节比;控制流流量是决定涡流阀固体变推力发动机推力调节比最重要的参数;增加燃气发生器的燃面,不仅可以提高涡流阀固体变推力发动机的推力调节比,同时可以减小发动机的比冲损失。