揭秘“臭鼬工厂”(下)

<正>编者按不久前,美国高超声速察打一体飞机——SR-72曝光,据悉,该机采用"涡轮喷气发动机+亚燃/超燃冲压发动机(双模态超燃冲压发动机)"的组合动力,可在2.4万米高度以马赫数6的飞行速度执行战略侦察和打击任务,能够在1小时内飞抵全球任何区域。从该机的编号不难看出,SR-72显然是大名鼎鼎的SR-71"黑鸟"的后继者,而且同样由洛克希德·马丁公司的"臭鼬工厂"设计。那么,这个"臭鼬工厂"究竟是一个怎样的机构?其为何能屡屡拿出设计超前、性能超群的产品?在它神秘面纱的背后,又隐藏着哪些秘密?     

SR-72及其动力猜想

<正>SR-72是美国洛克希德·马丁公司臭鼬工厂正在研制的经济可承受的高超声速飞行器,集情报、监视和侦察于一体。采用双发设计的SR-72的巡航速度将达到马赫数6.0,预计2018年进入验证机研制阶段。根据美国空军高超声速长期路线图,该机的设计将用于替代SR-71,填补现有卫星、亚声速有人/无人平台在决速反应情报方面日益显现的能力缺陷。从公开发表的信息看,SR-72将采用并联式TBCC动力。臭鼬工厂与洛克达因公司共同合作,开发实现现有涡喷发动机与超燃冲压发动机集成的方法,从而实现飞行器从0加速至马赫数6.0以上,但面临着如何解决现有涡喷发动机最大工作马赫数2.5,与亚燃/超燃冲压发动机启动马赫数3.0-3.5之间的动力接力问题。设计人员将其称之为马赫数3.0附近的推力鸿沟。据最近大量的报道和近年来对下BCC的研究,解决推力鸿沟问题可能的方案有:首先是采用射流预     

SR-72高超声速飞机发展前景分析

美国《航空周刊》于2013年11月1日披露了SR-72高超声速无人侦察机项目,据介绍该机采用并联式涡轮冲压组合发动机,     

臭鼬工厂透露SR-71后继机计划

著名的臭鼬工厂最近披露了SR-71后继机计划，并确认己在组合循环发动机技术上取得突破，从而为全球出现首款实用的高超声速飞行器铺平了道路。     

国外水平起降临近空间高速飞机动力的发展

临近空间高速飞机的飞行包线宽广,常规动力不能满足需求,必须采用组合动力。涡轮基组合循环(TBCC)发动机能实现高超声速飞行器水平起降,是临近空间高超声速飞机的最佳动力。首先从TBCC技术研发路线入手,总结出TBCC主要技术研发领域,如高速涡轮基技术、冲压/超燃冲压发动机技术、飞发一体化技术和热防护技术;其次结合TBCC典型研究计划(RTA、FaCET、TriJet、LAPCAT和SR-72),归纳出每个计划的关键技术及进展,并对各方案的未来发展应用进行阐述;最后对TBCC的发展趋势和技术特点进行了总结。     

第四届冲压发动机技术交流会征文通知

从1913年法国工程师RenéLorin提出冲压发动机概念到2013年,将是整整一百年。从亚燃冲压发动机到超燃冲压发动机,从液体燃料冲压发动机到固体火箭冲压发动机以及相关的组合发动机,冲压发动机已走过了百年征程。为纪念冲压发动机问世百年,推动我国冲压发动机技术的发展,增强技术合作与交流,拟于2013年9月召开第四届冲压发动机技术交流会。此次会议由中国航天科工集团科技委主办,由中国航天科工集团三十一研究所高超声速冲压发动机技术重点实验室、《推进技术》编辑部联合承办,会议主题为"冲压发动机百年纪念"。一、征文范围:1.亚燃、超燃冲压发动机总体方案研究;2.组合冲压(包括涡轮冲压、火箭冲压等)发动机总体方案研究;3.水冲压发动机总体方案和工作机理研究;4.国外超声速和高超声速冲压发动机发展规划及项目管理方法研     

涡轮基双燃烧室超燃组合循环发动机方案研究

针对临近空间飞行器及空天飞行器使用需求,提出了涡轮基双燃烧室超燃组合循环发动机(Turbine-based dual-combustor scramjet combined cycle propulsion,TBDC)概念,由成熟涡轮与双燃烧室超燃冲压发动机并联组成,Ma0～2.5以涡轮模态为主,Ma2.5～6+主要由双燃烧室超燃冲压发动机提供推力。分析了双燃烧室超燃冲压发动机启动马赫数低、工作包线下边界宽域特点对解决涡轮基与冲压级模态转换过程中普遍存在的"推力陷阱"的有效性和双燃烧室技术应用于组合发动机的可行性,研究了双燃烧室发动机适应组合发动机一体化构形和性能保持、统筹组合发动机可调进气功能拓展双燃模态工作边界的技术途径,完成了组合发动机典型状态点性能仿真和关键技术梳理。研究表明,涡轮基双燃烧室超燃组合循环发动机有望在Ma2.5～3实现模态转换、推力顺畅接力,适应Ma0～6+高速宽域飞行需求。     

固体火箭超燃冲压发动机理论性能分析

基于布雷顿循环,考虑燃烧产物的离解,针对固体火箭超燃冲压发动机工作过程进行了建模研究,开展了发动机理论性能分析,研究了飞行参数、燃料种类对发动机性能的影响,探究了超燃冲压发动机的工作极限。结果表明：固体火箭超燃冲压发动机的性能随着飞行马赫数的增大和飞行高度的升高而下降;当工作当量比增大时,质量比冲和体积比冲均下降,但比推力逐步上升;当工作空燃比增大时,比推力下降,但质量比冲和体积比冲均逐步升高。燃料种类对发动机性能有显著影响,在空燃比5～27的范围内,固体推进剂的体积比冲存在明显优势,但比推力和质量比冲不及氢气和煤油。相比于氢气和煤油,采用硼基固体推进剂作为燃料的超燃冲压发动机可以在更宽的飞行马赫数范围内工作,预示着固体火箭超燃冲压发动机宽包络飞行的潜力。     

超燃冲压发动机性能初步研究

介绍了北京动力机械研究所进行的超燃冲压发动机初步研究。该方面研究包括超声速燃烧初步试验研究、双模态超燃冲压发动机燃烧室计算模拟和试验研究、高超声速进气道研究、超燃冲压发动机模型自由射流试验研究,获得了良好的高超声速进气道和超燃冲压发动机的工作性能。     

热力学非平衡对超燃冲压发动机冷态流动影响研究

随着流动马赫数和温度的变化,热力学非平衡对流动的影响也在变化。为研究热力学非平衡对不同飞行马赫数条件下的超燃冲压发动机冷态流动的影响,对三个经典的超燃冲压发动机模型,包括JAXA Ma12-02超燃冲压发动机,DLR超燃冲压发动机,以及Hyshot II超燃冲压发动机进行数值模拟。针对每个超燃冲压发动机,分别采用三种热力学模型进行模拟,包括量热完全气体模型（对应冻结流动）,单温度模型（对应热力学平衡流动）以及双温度模型（对应热力学非平衡流动）。计算结果表明,热力学模型对超燃冲压发动机内流波系结构的位置有一定影响：从整体上来说,双温度模型计算所得波系位置比量热完全气体模型计算结果靠后,比单温度模型计算结果靠前;不同热力学模型计算所得波系位置在发动机前段相对较为接近,而随着向下游发展,波系位置的差别逐渐增大,这是上游每一道波系位置的差别逐渐累积的结果;在发动机前段,双温度模型计算所得波系位置更接近于量热完全气体模型计算结果。通过分析不同热力学模型计算所得激波角可以对此进行解释。而就本文涉及的三个小尺寸超燃冲压发动机而言,热力学模型对气动力和力矩的影响相对较小。不同热力学模型计算所得气动力和力矩的差别主要来源于计算所得激波串位置的差别。     

再生冷却超燃冲压发动机传热计算分析与试验

为了计算评估再生冷却超燃冲压发动机的传热特性,并确认计算结果可信,结合固壁三维热传导方程、三维燃气流场计算软件平台和燃油物性计算程序,发展了能对再生冷却超燃冲压发动机进行三维热分析的计算程序;将水冷和油冷通道传热试验、再生冷却超燃冲压发动机传热试验和燃油冷却面板传热特性试验的测量值与计算数据进行对比研究,计算结果与测量值符合较好。     

双模态超燃冲压发动机最大供油模态计算方法研究

为了获得不同飞行状态下双模态超燃冲压发动机最大供油状态,在集总参数方程的双模态超燃冲压发动机性能计算模型基础上,通过分析双模态超燃冲压发动机堵塞边界条件及工作机理,发展了最大供油模态流量平衡的求解方法,并以此为基础建立了双模态超燃冲压发动机最大供油模态计算模型。给出某飞行条件下的最大供油模态迭代计算过程,并详细描述了其所表征的物理现象,其流量平衡计算精度达10~(-4),并在此基础上完成了不同飞行马赫数下的最大供油模态计算,获得相应的燃烧室最大供油量及隔离段/燃烧室沿程参数分布。结果表明,该计算方法可实现双模态超燃冲压发动机最大供油模态的流量平衡计算,并能精确地捕捉给定燃油分配形式下的燃烧室最大供油量。     

变几何喉道对超燃冲压发动机点火与燃烧性能的影响

1引言超燃冲压发动机能高速飞行且能利用空气中的氧气作氧化剂,增加了有效载荷,因而备受重视,但它需要在较高的飞行马赫数下才能工作,因此受到较大的限制。由于双模态超燃冲压发动机可以将工作飞行马赫数下限降低至Ma=3,发动机在飞行马赫数Ma=3~6时以亚燃冲压模态工作,在马赫数     

臭鼬工厂的管理秘籍

众所周知,臭鼬工厂在成立之初只是一个很小的部门,是洛克希德公司预先研究发展项目部(ADP)的一个非官方名称,基于灵活的组织结构、独特的管理方式和创新的研发环境,臭鼬工厂不仅保持了以143天完成美国第一架实战型喷气式原型战斗机XP-80的研制纪录,更从一开始就具有不同于当时任何一家科研机构的神秘感。在执行各种具有挑战性的项目任务过程中,臭鼬工厂借助洛克希德公司强大的资源和力量优势,利用原型技术和高度集中的飞机研制方法,以无比的创造力秘密致力于美国国防科技中最机密,最先进的武器研发工作,先后"飞"出了U-2、SR-71、F-117A等世界级著名军用飞机。臭鼬工厂先进的飞机研制和创新理念在世界航空工业界有着十分深远的影响。     

固体燃料超燃冲压发动机燃速研究进展

对固体燃料超燃冲压发动机燃烧面退移速率（简称燃速）研究现状和进展进行了详细阐述,分别从固体燃料类型、燃烧室构型、理论预估模型、数值模拟及实验研究等方面出发,论述了固体燃料在超声速流动下燃速研究的进展和难点;从亚燃冲压发动机、热防护层、富氧环境下绝热层烧蚀3个方面提炼出可以用于超燃冲压发动机燃速研究的经验和方法:①提出了加强针对固体燃料超声速流动中受热行为、传热传质过程的研究方向;②深入探索了固体超燃燃速性质;③开发了对应的数值软件及系统地进行实验等观点,为国内该领域的研究提供参考.      

高超声速推进技术的新进展

随着超燃冲压发动机技术的逐步发展成熟,国外高超声速推进技术的研究重点已转向涡轮基组合循环推进技术上,高马赫数（马赫数4以上）涡轮发动机正在成为国外高超声速推进领域新的研究热点,弥补了涡轮发动机马赫数2～2．5上限和亚燃冲压／超燃冲压发动机马赫数3．5～6下限之间的空白。     

缩尺超燃冲压发动机的初始试验

缩尺超燃冲压发动机的初始试验给出了日本国家航空航天实验室缩尺超燃冲压发动机初始试验结果。这些试验是在日本国航空航天实验室的角田研究中心（ＮＡＬ－ＫＲＣ）的冲压发动机试验设备（ＲＪＴＦ）上，以Ｍ一４和Ｍ—６的模拟飞行状态进行。燃料用等离子点火器成功地点...     

双模态超燃冲压发动机研究进展

通过对各种发动机性能的对比分析,认为双模态超燃冲压发动机非常适合作为高超声速飞行器的动力推进装置,国内外的实验研究和数值模拟的结果揭示了如何实现双模态超燃冲压的模态转换。     

高超声速飞机动力装置技术验证

涡轮基和模态转换技术是需要重点攻关的高超声速飞行动力技术。美国长期把研究重点放在超燃冲压发动机技术的研发上,对高速涡轮发动机技术关注不够,以致超燃冲压发动机技术已经通过了飞行验证,而高速涡轮发动机技术还尚待成熟,两种工作模式的转换也还需要进一步验证。     

超燃冲压发动机进气道的冷却

超燃冲压发动机进气道的冷却未来航天飞机的推进系统，超燃冲压发动机必须准备面对特别热的环境。一个有效的热防护系统是必不可少的。日本角四研究中心和石川一播磨重工业企业的一个研究小组对上述热防护系统非常感兴趣。他们进行了下面一个实验：把一块模拟超燃冲压发动...