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冲压发动机.pdf

冲压发动机

monkeyone
2014-01-16 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《冲压发动机pdf》,可适用于人文社科领域

冲压发动机冲压喷气式发动机(简称冲压发动机)是一种构造非常简单、可以发出很大推力、适用于高空高速飞行的空气喷气发动机。概述冲压发动机即冲压喷气发动机。冲压喷气发动机是一种利用迎面气流进入发动机后减速使空气提高静压的一种空气喷气发动机。它通常由进气道(又称扩压器)、燃烧室、推进喷管三部组成。冲压发动机没有压气机(也就不需要燃气涡轮)所以又称为不带压气机的空气喷气发动机。风洞中的美国X超声速燃烧冲压发动机冲压发动机主要是利用高速迎面气流进入发动机后减速使空气增压的航空发动机。通常由进气道(又称扩压器)、燃烧室和喷管组成。航空器飞行时迎面气流在通过进气道的过程中将动能转变为压力能经压缩后的空气进入燃烧室与燃料混合进行等压燃烧生成的高温燃气在喷管中膨胀加速后排出产生推力。冲压发动机结构简单重量轻成本低。在飞行马赫数大于的条件下使用,有较高的经济性。它的缺点是不能自行起动须用其他发动机作为助推器俟飞行器达到一定飞行速度后才能有效工作。它一般使用煤油做为燃料。推力的产生与涡轮喷气发动机一样是由于高速排气所产生的反作用力。其情况是:当飞机运动时空气流以高速冲进发动机中于是空气速度就下降压力便上升。当压力刚刚达到最大值时就由喷油嘴喷射燃料(煤油)开始燃烧使得发动机燃烧室中空气温度和压力急速地增大然后这种炙热的空气与燃烧产物相混合的气体便以更大的速度从发动机喷管喷射出来。喷气流的速度比进口的空气速度大得多因而就造成反作用推力使得飞机运动。气流喷出速度愈大推力也就愈大。原理这种发动机压缩空气的方法是靠飞行器高速飞行时的相对气流进入发动机进气道中减速将动能转变成压力能(例如进气速度为倍音速时理论上可使空气压力提高倍)。冲压发动机的工作时高速气流迎面向发动机吹来在进气道内扩张减速气压和温度升高后进入燃烧室与燃油(一般为煤油)混合燃烧将温度提高到一℃甚至更高高温燃气随后经推进喷管膨胀加速由喷口高速排出而产生推力。冲压发动机的推力与进气速度有关如进气速度为倍音速时在地面产生的静推力可以超过千牛。工作程序冲压发动机的构造简单、重量轻、推重比大、成本低。但因没有压气机不能在静止的条件下起动所以不宜作为普通飞机的动力装置而常与别的发动机配合使用成为组合式动力装置。如冲压发动机与火箭发动机组合冲压发动机与涡喷发动机或涡扇发动机组合等。安装组合式动力装置的飞行器在起飞时开动火箭发动机、涡喷或涡扇发动机待飞行速度足够使冲压发动机正常工作的时再使用冲压发动机而关闭与之配合工作的发动机在着陆阶段当飞行器的飞行速度降低至冲压发动机不能正常工作时又重新起动与之配合的发动机。如果冲压发动机作为飞行器的动力装置单独使用时则这种飞行器必须由其他飞行器携带至空中并具有一定速度时才能将冲压发动机起动后投放。冲压发动机或组合式冲压发动机一般用于导弹和超音速或亚音速靶机上。工作原理冲压发动机只有三个主要部件扩压器燃烧室和尾喷管。虽然它只由很简单的三个管道形的部件构成但是它可以发出非常大的推力并且推力随飞行速度的增大而迅速增大。例如一个横截面只有平方公尺的冲压发动机在公里高空以速度为倍音速飞行时(M=)可以产生推力大约是公斤(即吨)。这时它推进的功率达到匹马力这相当于个火车头的功率。若是在低空飞行由于空气密度大功率还要增加。这样一台发动机有多重呢?最多不会超过吨。从这里可以看到它强大的工作能力。由于它具有这种优良的特点推力大、重量轻因此非常适合于高空高速飞行。目前的最高速度约为倍音速(相当于公里小时)高度可达公里以上。但这数值还不是它的极限估计以后它的飞行高度、速度还要进一步提高。分类按应用范围划分冲压发动机分为亚音速、超音速、高超音速三类。一、亚音速冲压发动机亚音速冲压发动机使用扩散形进气道和收敛形喷管以航空煤油为燃料。飞行时增压比不超过飞行马赫数小于时一般不能正常工作。亚音速冲压发动机用在亚音速航空器上如亚音速靶机。二、超音速冲压发动机超音速冲压发动机采用超音速进气道(燃烧室入口为亚音速气流)和收敛形或收敛扩散形喷管用航空煤油或烃类燃料。超音速冲压发动机的推进速度为亚音速到倍音速用于超音速靶机和地对空导弹(一般与固体火箭发动机相配合)。三、高超音速冲压发动机这种发动机燃烧在超音速下进行使用烃类燃料或液氢燃料飞行马赫数高达~目前高超音速冲压发动机正处于研制之中。超音速燃烧冲压发动机是一种以超音速燃烧为特色的冲压发动机,在高速时需要超音速燃烧来保证较高的燃料利用率。(简称超燃冲压发动机)由于超音速冲压发动机的燃烧室入口为亚音速气流也有将前两类发动机统称为亚音速冲压发动机而将第三种发动机称为超音速冲压发动机。(这种发动机运用的代表有美国的XA、XA“乘波者”高超音速试验机)装备用途①超音速飞机:主要用作歼击机与轰炸机的动力装置。例如正在研究中的一种是把冲压式发动机与涡轮喷气发动机组合使用后者放在冲压发动机的进气道内。起飞时使用涡轮喷气发动机冲压发动机在M=时起动设计的飞行速度为音速的倍(M=)(图)。此外还有一种在研究中的轰炸机其设计飞行速度为M=巡航高度H=公尺最大航程为公里目前尚未获得成功。②洲际飞航导弹:由于冲压发动机可在高速下飞行并且经济性很好做为远程导弹无论从军事上或经济上来考虑都很好所以各国都在积极的从事研究。有一种正在研究中的洲际飞航导弹其飞行速度约为音速的-倍高度约为-公里。航程大于公里。③中程近程导弹:在射程从几十公里直到公里范围内的中程及近程导弹上目前经常采用冲压发动机。这种导弹可以是地对地空对空也可以是地对空。例如有一种装有冲压式发动机的地对地导弹飞行速度M=飞行高度公里航程公里。另一种空对空导弹从歼击机发射可以用来攻击轰炸机或其他飞机速度是音速的倍。还有一种正在生产中的防空导弹由地面发射速度为M=-这些导弹均采用冲压式发动机作为动力装置。此外为了训练歼击机及导弹武器射击用的超音速靶机使用冲压发动机也是非常经济的因为这种发动机成本比其他发动机要便宜得多。发展前景冲压发动机是一种新型的、用于高速飞行的、尖端航空科学技术。它正在日新月异的迅速发展。在这个领域内有着广泛的复杂问题需要研究解决。随着飞行速度的提高就要求设计制造出更有效的部件扩压器燃烧室尾喷管。有的国家正在计划把冲压发动机的飞行速度提高到-倍音速甚至更高(约-公里小时)。这就需要解决一系列新的问题。例如首先要求解决热障问题在M=飞行时发动机壁面与空气摩擦后温度可以达到℃左右。燃烧室加热以后的温度将达到-℃左右这就需要耐温能力更高的材料。其次为了使燃烧室中能加温到更高的温度目前所采用的燃料(煤油)是不行的这就需要高能量的燃料。今天已进入原子能时代。因此在冲压发动机上使用原子能吸引着许多科学家使他们进行不懈的研究。不久的将来这种理想就会变为现实。在地球大气的上层由于太阳和宇宙线的作用部分空气分解成为离子当这些离子再合成分子时就会放出大量的能量因此就有可能在发动机内喷入少量的催化剂使离子再结合成分子放出能量而推动飞机这样就根本不必携带燃料。这种离子冲压发动机的航程可以认为是无限的。超燃冲压发动机超声速燃烧冲压式发动机它简称超燃冲压发动机可以在攀升过程中从大气里攫取氧气。放弃携带氧化剂从飞行中获取氧气节省重量就意味着在消耗相同质量推进剂的条件下超燃冲压发动机能够产生倍于火箭的推力。基本概况简介超燃冲压发动机是指燃料在超声速气流中进行燃烧的冲压发动机。在采用碳氢燃料时超燃冲压发动机的飞行M数在以下当使用液氢燃料时其飞行M数可达到~。超声速或高超声速气流在进气道扩压到位置的较低超声速然后燃料从壁面和或气流中的突出物喷入在超声速燃烧室中与空气混合并燃烧最后燃烧后的气体经扩张型的喷管排出。美国超燃冲压发动机高超声速飞行器(飞行M数超过声速倍的有翼和无翼飞行器)是未来军民用航空器的战略发展方向被称为继螺旋桨、涡轮喷气推进飞行器之后航空史上的第三次革命。超燃冲压发动机是实现高超声速飞行器的首要关键技术是目前世界各国竞相发展的热点领域之一。目前国外发展较多的超燃冲压发动机包括亚燃超燃双模态冲压发动机和亚燃超燃双燃烧室冲压发动机。亚燃超燃双模态冲压发动机是指发动机可以亚燃和超燃冲压两种模式工作的发动机。当发动机飞行M数大于时实现超音速燃烧当马赫数低于时。实现亚音速燃烧。目前美国、俄罗斯都研究了这种类型的发动机NASA正在进行飞行试验的就是这种类型的发动机。亚燃超燃双燃烧室冲压发动机的进气道分为两部分:一部分引导部分来流进入亚音速燃烧室另一部分引导其余来流发动机制动原理进入超音速燃烧室。这种发动机适用于巡航导弹这样的一次性使用的飞行器。尽管超燃冲压发动机有许多优势是高超音速飞行器的最佳吸气式动力但它不能独立完成从起飞到高超音速飞行的全过程因此人们提出了组合式动力的概念这种方案的马赫数范围是-用于可在地面起降的有人驾驶空天飞机。国外已经研究过的组合式超燃冲压发动机主要有涡轮超燃冲压和火箭超燃冲压等。这种组合发动机可能成为世纪从地面起降的可重复使用的空天飞机的动力。发展历史用超燃冲压发动机来做推动力并不是一个新概念。国外超燃冲压发动机技术的发展已有多年的历史。世纪年代最早的专利就记录在案了。年代中期一些超燃冲压发动机已经进行过飞行试验最高速度达到马赫数。通用电气公司、联合技术公司、马夸特公司、约翰·霍普金斯大学APL实验室以及NASA兰利研究中心等研制出典型的氢燃料超燃冲压发动机(相同燃料也用于航天飞机和其他液体火箭助推器)。年代中期美国政府启动了以超燃冲压发动机为动力的国家空天飞机计划。但是随着冷战结束、财政紧缩美国政府不得不在年取消这个计划当时他们已经投资了近亿美元。年NASA的HyperX计划完成成功地进行了两次氢燃料超燃冲压发动机的飞行试验。这两次飞行都是在单一速度和高度下持续了数秒。同年末X-A超燃冲压发动机试验飞行器创造了马赫数的记录。美国空军正在试图利用下一代超燃冲压发动机技术在一定速度和高度的范围内加速飞行器并采用液体碳氢燃料作为发动机的燃料另外还要用它来冷却发动机。超燃冲压发动机可以在攀升过程中从大气里攫取氧气。放弃携带氧化剂从飞行中获取氧气节省重量就意味着在消耗相同质量推进剂的条件下超燃冲压发动机能够产生倍于火箭的推力。经过几十年间歇式的发展超燃冲压发动机终于插上翅膀成为现实。研究人员计划在年、年进行关键的全尺寸发动机地面试验并在年展开一系列突破技术屏障的飞行试验。目前已从概念和原理探索阶段进入了以飞行器为应用背景的先期技术开发阶段。预计到年以超燃冲压发动机为动力的高超声速巡航导弹将问世。到年以超燃冲压发动机为动力的高超声速轰炸机和空天飞机将有可能投入使用。超燃冲压发动机计划还是美国的X主要特点一是超燃冲压发动机具有结构简单、重量轻、成本低、比冲(单位质量流量推进剂产生的推力)高和速度快的优点。与火箭发动机相比超燃冲压发动机无需携带氧化剂。因此有效载荷更大适用于高超声速巡航导弹、高超声速航空器、跨大气层飞行器、可重复使用的空间发射器和单级入轨空天飞机的动力。由于有重要的军事和航空航天应用前景超燃冲压发动机备受世界各国重视。昂贵的试验费用是制约超燃冲压发动机研制的主要因素之一。二是超燃冲压发动机的缺点是在静止状态下不能自行启动须用助推方法将其推进到一定速度后才能有效工作且其低速性能不好。航空中的运用喷气式发动机的燃料燃烧需要氧气但大气层外没有足够的氧气来维持燃烧。因此飞往太空需要火箭推进还要携带燃料和氧化剂。即使像航天飞机这样当今最先进的发射系统液氧和固体氧化剂也占去了发射重量的一半这才保证了在进入地球轨道的整个航程中燃料能持续燃烧。超声速燃烧冲压式发动机可能是解决方法之一。它简称超燃冲压发动机可以在攀升过程中从大气里攫取氧气。放弃携带氧化剂从飞行中获取氧气。节省重量就意味着在消耗相同质量推进剂的条件下超燃冲压发动机能够产生倍于火箭的推力。经过几十年间歇式的发展超燃冲压发动机终于插上翅膀成为现实。研究人员计划在年、年进行关键的全尺寸发动机地面试验并在年展开一系列突破技术屏障的飞行试验。主要类型经过多年的发展国外已研究设计过多种超燃冲压发动机的方案。主要包括普通超燃冲压发动机、亚燃超燃双模态冲压发动机、亚燃超燃双燃烧室冲压发动机、吸气式预燃室超燃冲压发动机、引射超燃冲压发动机、整体式火箭液体超燃冲压发动机、固体双模态冲压发动机和超燃组合发动机等。其中双模态冲压发动机和双燃烧室冲压发动机是研究最多的两种类型。喷气式发动机双模态冲压亚燃超燃双模态冲压发动机是指发动机可以亚燃和超燃冲压两种模式工作的发动机。当发动机的飞行M数低于时在超燃冲压发动机的进气道内产生正激波实现亚声速燃烧当M数大于时实现超声速燃烧使超燃冲压发动机的M数下限降到扩展了超燃冲压发动机的工作范围。HyShot目前美国、俄罗斯都研究了这种类型的发动机俄罗斯多次飞行试验的超燃冲压发动机就是这种类型的发动机。NASA即将进行飞行试验的也是这种类型的发动机。这种超燃冲压发动机可用于高超声速的巡航导弹、无人驾驶飞机和有人驾驶飞机。双燃烧室冲压对于采用碳氢燃料的超燃冲压发动机来说当发动机在M~范围工作时会发生燃料不易着火的问题为解决这一问题。人们提出了亚燃超燃双燃烧室冲压发动机概念。这种发动机的进气道分为两部分:一部分引导部分来流进入亚声速燃烧室另一部分引导其余来流进入超声速燃烧室。突扩的亚声速燃烧室起超燃燃烧室点火源的作用使低M数下燃料的热量得以有效释放。由于亚燃预燃室以富油方式工作不存在亚燃冲压在贫油条件下的燃烧室进气道不稳定性。这种方案技术风险小发展费用较低较适合巡航导弹这样的一次性使用的飞行器。目前掌握该技术的主要是美国霍布金斯大学的应用物理实验室。超燃组合尽管超燃冲压发动机有许多优势是高超声速飞行器的最佳吸气式动力但它不能独立完成从起飞到高超声速飞行的全过程因此人们提出了组合式动力的概念。早在年代对超燃冲压概念进行论证时人们就提出了以超燃冲压为主的组合式动力的方案这种方案的M数范围是~甚至。用于可在地面起降的有人驾驶空天飞机。至今已经研究过的组合式超燃冲压发动机类型很多包括涡轮亚燃超燃冲压、火箭超燃冲压等。这种发动机将成为世纪从地面起降的空天飞机的动力。关健技术燃料流过超燃冲压发动机的气流速度始终为超声速空气流过飞行器体内通常只有几毫秒的滞留时间要想在这样短的时间内完成压缩、增压并与燃料在超声速流动状态迅速、均匀稳定地完成低损失、高效率的掺混、点火并燃烧是十分困难的燃料与空气的掺混好坏直接影响发动机的长度和热负荷。因此应对发动机尺寸、形状、燃料种类、喷注器设计、燃烧机理等多方面的因素进行综合性理论和试验研究。燃烧室的设计由于来流不均匀超燃冲压发动机的燃烧室的工作非常复杂。因此燃烧室的设计和试验特别是超声速燃烧过程的研究非常重要。尽管数值模拟技术已发展到了相当高的水平但这种发动机燃烧室的研究发展还主要依靠试验。高超声速推进系统研究对试验设备的要求很高要模拟的气动参数变化范围大。而且只有有限的试验可在地面进行大部分问题必须通过飞行试验解决。一体化设计超燃冲压发动机的机体发动机的一体化设计是非常复杂的技术包括气动力一体化、结构设计一体化、燃料供应和冷却系统设计一体化和调节控制设计一体化。材料这两项技术是超燃冲压发动机的基本技术由于高超声速推进系统极高的热负荷因此需要耐高温的陶瓷基复合材料、碳碳复合材料同时需要燃料在工作过程中完成许多部件的冷却任务。低温液氢是吸引人的燃料和冷却剂但它的密度太小需要较大的容积。对于导弹来说由于机动性和长时间储存要求需要更合适的吸热燃料。火焰保持器研究人员在工作中进行了标准和并行的设计。如果SJX-工作的好将保持现有的设计不变但是如果性能比预想的差将用SJX-做替代。热平衡在采用碳氢燃料的超燃冲压发动机中燃料还作为冷却剂。达到一个热平衡使发动机携带的燃料与燃烧所需的燃料量相当是非常重要的。但是在"鲁棒的超燃冲压发动机"计划下冷却的燃油需求量可能超出燃烧所需的燃料量这意味着用于冷却的燃料量将比燃烧消耗的燃料多。这样热的多余燃料必然堆积在发动机的某处这将有可能使飞行器的航程受影响。替代的方案是在更低的速度下飞行以减少达到正确热平衡的热负荷。燃料的喷射在"鲁棒的超燃冲压发动机"计划下出于结构上的考虑发动机的流路可能是圆形的或椭圆形的。这将加剧燃料进入燃烧流的问题。解决这个问题的方案是采用在第一级喷射器后有第二级喷射器的串联喷射器或者采用带冷却的挂架或支柱。但是由于这些结构有非常高的热负荷因此也带来了其他一些问题。目前AFRL推进部正在与材料部和DARPA一起工作研究基于陶瓷的带燃油冷却的结构。明年年底将有可能完成这项工作。火焰特性描述研究人员已经在实验室条件下利用非干涉的基于光学的诊断技术在一台运行的超燃冲压发动机种确定了火焰的实际位置以及在核心流中发生的燃烧反应。这些设备用于飞行系统上是有可能的甚至有可能用于燃气涡轮发动机上。现状发展从世纪年代人们就开始研究超燃冲压发动机最初的应用目标是单级入轨的飞行器、远程高速飞机和远程高超声速导弹。从年代开始重点转向巡航导弹用超燃冲压发动机的发展。目前美国、法国、俄罗斯、加拿大、德国、印度、意大利等国都在发展M数~、射程km以上的巡航导弹用超燃冲压发动机。采用碳氢燃料、M数~的双模态超燃冲压发动机已结束地面试验验证进行了飞行试验。预计到年以超燃冲压发动机为动力的高超声速巡航导弹将问世。到年以超燃冲压发动机为动力的高超声速空天飞机将有可能投入使用。俄罗斯俄罗斯从年代开始研究超燃冲压发动机目标是M数~的民用运输机、单级入轨航天飞机和高超声速巡航导弹。俄罗斯中央航空发动机研究院是超燃冲压发动机的权威研究单位世纪年代该研究院与中央空气流体动力研究所等单位合作进行了“冷”高超音速技术发展计划主要研究试验用矩形和轴对称双模态超燃冲压发动机。~年共进行了次超燃冲压发动机的验证性飞行试验飞行M数最高发动机使用的是氢燃料。其中第、次与法国合作第、次与美国合作。据称第二次是最成功的获得的数据最全。目前该研究院正在进行速度为~倍声速的高超声速飞行器用超燃冲压发动机的技术研究应用目标是军民用高超声速飞行器。目前该研究院正在研制高超声速有翼飞行器采用台超燃冲压发动机。该项目目前还处在基础研究阶段其缩比模型已进行了风洞试验。中央航空流体动力研究所是俄罗斯重要的超燃冲压发动机技术研究机构。目前该研究所正与俄彩虹设计局及德国一些部门合作进行导弹用M数~的超燃冲压发动机的研究这种发动机的进气道呈三级斜面形状目前已经进行了连接式和自由射流式试验今后将进行飞行试验。同时该机构将为俄罗斯空间局(RSA)的一项飞行试验计划(“鹰”计划)研制M数~、氢燃料、双模态的超燃冲压发动机。该计划将发展一种与NASA的HyperX相似的机体发动机一体化的高超声速试验飞行器发动机由三个模块组成进气道的喷管位于机体下方。目前还未找到合作伙伴。“联盟”航空发动机科研生产联合体是俄航空发动机的重要研制单位近年来除为中央航空发动机研究院试制轴对称超燃冲压发动机外还独立开发试验发动机该单位设计了M数~的双模态冲压发动机计划在导弹改装的试飞器上进行飞行试验。美国美国是开展超燃冲压发动机技术研究较早的国家目前NASA、空军和海军都有自己的发展计划。NASA从年开始研究超燃冲压发动机技术目标是有人驾驶飞行器和单级入轨飞行器的动力。年美国NASA在历时年、耗资亿美元的NASP(国家空天飞机)计划被终止之后又开始实施投资亿美元的高超声速飞行器试验计划(Hyper-X)研究用于高超声速飞行器(M数)和其他可重复使用的天地往返系统的超燃冲压发动机与一体化设计技术。B携带的X高速飞行器该计划将对架无人驾驶研究机X-进行飞行试验发动机采用氢燃料的双模态冲压发动机机身和发动机采用一体化设计。XA的第次飞行试验发生在年月不过试飞以失败告终。年月日XA在第次飞行试验中成功地达到M数的速度成为世界上飞行速度最快的以空气喷气发动机为动力装置的飞行器。预计年月或月该计划将进行最后一次M数的飞行试验。为保持NASA高超声速技术的持续发展NASA计划从年开始一个适度的HyperX后继计划。新计划将是在XA之后非常低水平的高超声速技术发展计划将进行基础性的技术研究发展新的可变几何、能在更大M数范围工作的超燃冲压发动机。还将重点发展重量更轻、耐高温性能更好的发动机新材料。第一个年的工作重点可能是M数~的飞行器第二个年的工作重点是M数~的飞行器第个年将发展M数~的飞行器。计划的目标是经过年的发展技术准备达到能发展真实飞行器的水平。美国空军在年代末开始超燃冲压发动机的研究目标是单级入轨的飞行器。年美国空军开始实施高超声速技术计划(HyTech)目标是验证能够在M数~范围飞行、射程km的高超声速导弹用液体碳氢燃料双模超燃冲压发动机的适用性、性能和结构耐久性。年该计划完成了世界首台飞行重量的碳氢燃料超燃冲压发动机的地面试验。地面验证发动机(GDE)进行了M和M的试验。下一步将发展采用完全一体化燃油系统的GDE验证机。年将开始GDE的首次全尺寸试验。年夏天一种利用GDE改型的发动机将开始M数~的自由飞行试验超燃发动机的工作时间为~分钟。如果成功接下来将在~个月后再进行两次飞行试验。该计划将于年结束~年高超声速空对地巡航导弹初步具备作战能力。美国海军的超燃冲压发动机研究始于年代初目标是舰载导弹用发动机。最初设计的超燃冲压发动机采用分模块式进气道、轴对称燃烧室尾喷管设计考虑了实际气体和粘性的影响。年代海军认为该方案所用燃料态活泼、有毒不适于舰载导弹改为使用碳氢燃料的双燃烧室冲压发动机方案。年月海军提出了高超声速攻击导弹计划。采用M数的超燃冲压发动机射程km。海军的超燃冲压发动机一直由约翰霍普金斯大学的应用物理实验室研制为双燃烧室冲压发动机年设计和制造了一个全尺寸直连式燃烧室试验件。目前正在进行全尺寸燃烧室的试验。X试验型飞机年美国DARPA和海军开始了为期年的“高超声速飞行验证计划(HyFly)”目标是发展最高巡航M数、射程km、采用普通碳氢燃料的巡航导弹用超燃冲压发动机。目前正在进行不同飞行状态(M数、和)的地面试验。年作为该计划的主要子承包商航空喷气公司在NASA兰利研究中心和空军阿诺德工程发展中心(AEDC)进行了多种速度(M数、和)和重要状态的自由射流超燃冲压发动机的试验。试验模拟了不同的飞行条件包括不同的飞行高度和不同的燃油喷射器结构取得了巨大成功。今后该公司将对实际飞行重量的发动机制造方法继续进行研究和评估。在自由射流发动机试验结束后将进行飞行重量的发动机的地面试验。年将对最终设计进行验证并开始飞行试验该计划将于年结束。法国法国自世纪年代以来一直未间断过高超声速技术的研究。年法国政府开始了为期年的国家高超声速研究与技术计划(PREPHA)目的是通过地面试验验证M数~的超燃冲压发动机的性能该发动机的发展目标是单级入轨的航天飞机。"小羚羊"(Chamois)超燃冲压发动机在相当于M数的速度下进行了多次试验。年法国武器采购局决定延长PREPHA的研究工作设立了为期年的普罗米希(Promethee)研究计划目的是探讨M数~的烃燃料变几何亚燃超燃双模态冲压发动机作为一种空射型导弹的动力的可行性计划总投资万美元。目前M数的超燃冲压发动机试验获得成功发动机运行了s。在超燃冲压发动机技术的发展中法国与俄罗斯、德国开展了合作。其他国家澳大利亚昆士兰大学从年领导了一项国际合作的氢燃料超燃冲压发动机飞行试验计划HyShot计划。年月HyShot计划的飞行试验成功实现了超声速燃烧试验M数达到。超燃冲压发动机美国、澳大利亚、德国、韩国、英国和日本参与了该计划。日本从年开始研究超燃冲压发动机技术已建成可模拟飞行高度km、飞行速度M数的高超声速自由射流试验台进行了大量高M数的模拟试验。目前日本制定了以超燃冲压发动机为动力的单级入轨空天飞机(SSO)计划这是一种有人驾驶的可像普通飞机一样起飞和着陆的可载客人的民用飞机计划到年结束。此外德国和印度也在超燃冲压发动机技术方面进行了大量的基础性研究。印度国防部正在实施的先进吸气式跨大气层飞行器(AVATAR)计划该计划将采用涡扇超燃冲压发动机组合动力。发展趋势由于超燃冲压发动机的巨大的军事及经济应用前景早在六十年代美国就开展了与此有关的大规模的研究工作并逐步完成了发动机样机的建造验证超燃设计方法的可行性并且根据实验结果提出了发动机与机身一体化的设计概念得到了广泛的认可。到八十年代其中一个重要的研究成果就是所谓的双模态发动机(Dualmodescramjet)它是一种适用于中等飞行马赫数(~)的既可以进行亚音速燃烧又可以进行超音速燃烧的冲压发动机拓宽了超燃冲压发动机的应用下限。它是一种环形进气道结构包括亚音速和超音速两个进气道在不同的飞行马赫数和燃料当量比情况下发动机自动实现亚燃和超燃的模态转化。以莫斯科中央航空发动机研究院为首俄罗斯也进行了大量的超燃发动机的研究工作到目前为止已进行了次飞行试验其中次获得成功。其他国家也都积极的开展了有关超燃发动机的研究。国内在这一领域的研究已经起步进行了一些基础性的实验和数值模拟研究并且准备开展超燃冲压发动机的初步设计工作。借鉴国外的研究经验中国先进行低马赫数下采用普通航空煤油的超燃冲压发动机研究技术难度相对较小且具有很好的可行性和很强的实用性有望在不远的将来研制成功中国的高超音速巡航弹用超燃冲压发动机服务于我军的国防现代化。超燃冲压发动机从中国国情看中国已实现载人航天飞行建立太空空间站和登月计划正有条不紊地实施光学、雷达侦察卫星技术有相当发展北斗卫星定位导航系统已投入使用目前正和欧盟联合开发伽利略全球卫星定位导航系统而且在上个世纪九十年代中国就研制出C、C以冲压喷气发动机为动力的超音速反舰巡航导弹中国的科技实力在世界上也称得上科技大国了中国研发超燃冲压发动机还是具备一定人才、技术条件和技术储备的。航天飞机的极速梦想有一天将以低于当今火箭的费用把人员和货物送入太空。而这个梦想将建立在超声速燃烧冲压发动机的成功之上。为了让超燃冲压发动机达到高超声速飞行世界上许多研究小组正在努力克服巨大的技术挑战。本文的讨论将集中在美国空军和普惠公司(PrattWhitney)的高超声速技术(HyTech)超燃冲压发动机计划上这是我最熟悉的计划之一。另外还有大量研发工作在美国海军、美国国家航空航天局(NASA)、美国国防部高级研究项目局(DARPA)以及澳大利亚、英国、日本等地展开。国内目前这方面研究重点单位主要有哈尔滨工业大学北京航空航天大学西北工业大学、国防科技大学等并且为中国培养了一大批这方面的基础人才相信不久的将来随着技术的成熟超燃冲压发动机将会有更广阔的应用。工作过程原理冲压发动机的原理比涡轮喷气发动机的原理发现要早很多无非就是空气以超音速进入发动机燃烧室与燃料混合点燃由于其本身的能量空气已经不需要再压缩所以可以完全省略涡轮和相关的复杂设计把喷气发动机的结构最简化。范畴与一般的冲压发动机不同的是发动机进气前与进气后其气流都维持在马赫的高超音速以上。而一般的冲压发动机则需要把气流减速增压。但气流速度一旦达到了马赫的高超音速以上时气流减速增压所带来的高压强高温度会超过发动机材料承受极限。所以解决最好的办法就是以高超音速吸气后经过燃烧后马上高超音速喷出。这样发动机内滞留的静压静温就不会威胁发动机正常运作。而其中超燃冲压发动机关键技术难点之一是点火技术在高超音速中添加燃料并点火无异于在龙卷风中点燃一根火柴!超燃冲压发动机冲压发动机的原理比涡轮喷气发动机的原理发现要早很多无非就是空气以超音速进入发动机燃烧室与燃料混合点燃由于其本身的能量空气已经不需要再压缩所以可以完全省略涡轮和相关的复杂设计把喷气发动机的结构最简化。冲压发动机概述原理工作原理分类装备用途发展前景超燃冲压发动机基本概况主要类型关键技术发展现状工作过程

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