超燃冲压发动机技术
涡轮发动机和超燃冲压发动机的应用领域
涡轮发动机和超燃冲压发动机的应用领域1. 概述涡轮发动机和超燃冲压发动机作为先进的动力装置，正日益受到各行各业的关注和广泛应用。
它们在航空航天、汽车、船舶以及工业设备领域都具有重要的应用价值。
本文将围绕涡轮发动机和超燃冲压发动机的应用领域展开深入探讨，带您了解这两种先进动力装置的广泛应用和未来发展趋势。
2. 航空航天领域2.1 涡轮发动机涡轮发动机在航空领域具有重要地位，它被广泛应用于民航客机、军用飞机以及直升机等飞行器中。
其高效能、高可靠性和稳定的推力输出，使得现代航空器能够实现远程飞行、高速巡航和复杂飞行任务。
2.2 超燃冲压发动机超燃冲压发动机是未来航空航天领域的研究热点，其采用高温、高压的工作原理，可显著提高发动机的推力和燃烧效率，从而推动飞行器实现更高的速度和更远的航程。
未来，超燃冲压发动机有望成为下一代喷气式飞机的主要动力装置。
3. 汽车领域3.1 涡轮发动机汽车领域广泛应用着涡轮增压发动机，它利用废气能量驱动涡轮增压器增加进气量，从而提高发动机的功率输出和燃烧效率。
现代涡轮增压发动机在汽车行业被广泛用于提高动力性能和降低燃油消耗。
3.2 超燃冲压发动机虽然超燃冲压发动机目前在汽车领域还没有大规模应用，但其在未来汽车动力系统中的潜力备受关注。
超燃冲压发动机可以显著提高汽车动力性能，同时降低排放和燃油消耗，是未来引擎技术的发展方向之一。
4. 船舶和工业设备领域4.1 涡轮发动机在船舶和工业设备领域，涡轮发动机被广泛应用于各种大型船舶、发电机组和工业设备中。
其高功率、高可靠性和长期稳定运行的特点，使得涡轮发动机成为这些领域不可或缺的动力装置。
4.2 超燃冲压发动机船舶和工业设备领域对超燃冲压发动机的需求也在逐渐增加。
超燃冲压发动机能够提供更高的动力输出和更低的排放，符合现代船舶和工业设备对节能环保的要求，因此在这些领域有着广阔的应用前景。
5. 总结与展望本文围绕涡轮发动机和超燃冲压发动机的应用领域进行了深入探讨，从航空航天、汽车、船舶和工业设备领域分别进行了介绍和分析。
超燃冲压发动机 热管理
超燃冲压发动机热管理全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：超燃冲压发动机（Supercritical Combustion Ramjet，简称SCRJ）是一种新型的高速发动机，采用了超燃燃烧技术，结合了冲压发动机的特点，能够实现更高的飞行速度和更高的燃烧效率。
热管理对于SCRJ来说至关重要，它能够影响发动机的性能和寿命，保证发动机的正常运行。
热管理对SCRJ的重要性：SCRJ是一种高速发动机，工作温度非常高，燃烧室内温度可达到3000K以上，如果热管理不当，会导致发动机过热，损坏发动机零部件，甚至导致爆炸。
热管理是SCRJ发动机设计的重要组成部分，关系到发动机的性能和安全。
热管理的主要技术：1.冷却系统：SCRJ采用冷却系统来降低发动机零部件的温度，保持发动机在正常工作温度范围内。
冷却系统包括内部冷却和外部冷却两种方式。
内部冷却主要是利用发动机本身的流体循环来将燃烧室和喷嘴降温，外部冷却则采用空气或液体来冷却发动机表面。
2.燃烧控制：燃烧控制是通过调整燃料供给和空气流量来控制燃烧室内温度，保持发动机在安全工作范围内。
燃烧控制技术包括喷射式燃烧和旋流燃烧等方式，能够有效地降低燃烧室内温度，提高燃烧效率。
3.隔热材料：SCRJ发动机使用隔热材料来包裹发动机零部件，减少热量传导和辐射，防止发动机温度过高。
隔热材料有陶瓷、碳纤维等材料，能够有效地减少温度梯度，提高发动机的使用寿命。
1.性能提升：良好的热管理能够提高SCRJ的燃烧效率，降低燃料消耗，提高推力和飞行速度。
合理的燃烧控制和冷却系统能够实现发动机的最佳工作状态，提高整体性能。
2.安全保障：热管理对于SCRJ的安全性至关重要，能够保证发动机在高温环境下正常工作，防止过热导致的事故发生。
合理的热管理能够延长发动机寿命，减少维护和更换成本。
3.环保节能：SCRJ发动机采用超燃燃烧技术，具有更高的燃烧效率和更低的排放，通过热管理技术能够进一步提升能源利用率，减少对环境的影响。
超燃发动机工作原理
超燃发动机工作原理超燃冲压发动机（Scramjet）是一种无移动部件的吸气式发动机，专门设计用于在超声速（通常指马赫数大于5）飞行条件下工作。
其工作原理与常规喷气发动机不同，因为它没有旋转的压气机来压缩空气。
以下是超燃冲压发动机的主要工作原理和组成部分：1. 进气道（Intake）：超燃冲压发动机的进气道通常具有可变几何形状，用以适应不同的飞行马赫数。
当高速气流进入进气道时，会经历一系列扩张和收缩的过程，这有助于减速气流并增加其静压。
2. 收敛段和扩散段：进气道内部分为收敛段和扩散段。
收敛段减小横截面积，使得气流速度降低，压力和温度上升；扩散段则增大横截面积，进一步减速气流并进一步提高压力和温度。
3. 燃烧室（Combustion chamber）：减速后的气流进入燃烧室，在这里与喷射进来的燃料混合并燃烧。
由于气流速度仍然非常高，燃烧必须在低超声速或近音速条件下进行，这要求燃烧室设计得非常高效。
4. 膨胀喷管（Exhaust nozzle）：燃烧产生的高温气体随后进入膨胀喷管，喷管进一步加速气体，产生推力。
由于气体已经是超声速，喷管的设计不需要像亚声速发动机那样考虑复杂的膨胀过程。
超燃冲压发动机的关键挑战包括：（1）湍流燃烧控制：在超声速条件下维持稳定的燃烧是非常困难的，需要高度先进的燃烧室设计和燃料注入策略。
（2）材料和热防护：由于气流温度极高，发动机内部的材料必须能够承受极端的热应力，同时还需要有效的热防护系统。
（3）启动问题：在低速度下，超燃冲压发动机无法自行启动，需要借助其他方式（如火箭发动机）加速到足够的速度。
超燃冲压发动机适用于高超声速飞行器，如某些高速侦察飞机和高超音速武器系统。
随着技术的发展，它们在未来太空旅行和临近空间活动中可能扮演重要角色。
固体超燃冲压发动机 成本
固体超燃冲压发动机成本
固体超燃冲压发动机是一种新型的发动机技术，它利用高能量含量的固体燃料和超燃冲压技术来提高发动机的性能和效率。
这种发动机具有高推力、高效率和快速响应的特点，适用于航空航天领域以及军事应用。
固体超燃冲压发动机的成本主要包括研发成本、制造成本和运营成本三个方面。
首先是研发成本，固体超燃冲压发动机是一种高新技术产品，需要大量的研发投入。
研发成本包括人力成本、设备成本、试验成本等，通常需要数亿到数十亿的资金投入。
其次是制造成本，固体超燃冲压发动机的制造过程相对复杂，需要高精度的加工设备和材料。
制造成本包括原材料成本、加工成本、装配成本等，通常也需要数百万到数千万的资金投入。
最后是运营成本，固体超燃冲压发动机的运营成本包括燃料成本、维护成本、修理成本等。
由于固体超燃冲压发动机的性能和效率较高，运营成本相对较低，但仍需要一定的资金支出。
总的来说，固体超燃冲压发动机的成本较高，需要大量的资金投入才能研发、制造和运营。
但随着技术的不断进步和成熟，相信固体超燃冲压发动机将会在未来得到更广泛的应用和发展。
超燃冲压发动机
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。
超燃组合发动机
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50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0~15甚至25。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21世纪从地面起降的空天飞机的动力。超燃冲压发动机关健技术燃料的喷射、掺混、点火
航空航天中的运用
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喷气式发动机
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4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2007年、2008年进行关键的全尺寸发动机地面试验，并在2009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。
高超音速武器的技术与应用分析
高超音速武器的技术与应用分析在当今的军事领域，高超音速武器无疑是一项具有革命性意义的技术突破。
这种武器的出现，不仅改变了战争的规则，也对各国的军事战略和防御体系产生了深远的影响。
一、高超音速武器的定义与特点高超音速武器，一般是指飞行速度超过 5 倍音速（约合每小时 6000 公里）的武器系统。
与传统武器相比，它具有以下显著特点：1、速度极快高超音速使得敌方的防御系统反应时间大大缩短。
传统的防空和反导系统在面对如此高速的目标时，往往难以有效拦截。
2、突防能力强由于速度快，高超音速武器在飞行过程中能够产生高温等离子体，这会干扰敌方的雷达探测和跟踪，增加了突防的成功率。
3、打击精度高借助先进的制导技术，高超音速武器能够实现高精度的打击，对目标造成致命的破坏。
4、作战范围广其高速特性使其能够在短时间内覆盖较大的作战区域，具备战略威慑和战术打击的双重能力。
二、高超音速武器的关键技术1、超燃冲压发动机技术这是高超音速武器的核心动力技术之一。
超燃冲压发动机能够在高超音速状态下高效工作，为武器提供持续的强大动力。
然而，实现超燃冲压发动机的稳定燃烧和高效工作是一个巨大的技术挑战，需要在材料、燃烧控制等方面取得突破。
2、热防护技术在高超音速飞行时，武器表面会产生极高的温度，需要先进的热防护材料和结构来保护内部设备和系统的正常运行。
3、制导与控制技术由于高超音速飞行环境复杂，对武器的制导和控制系统提出了极高的要求。
需要具备高精度的导航、姿态控制和目标跟踪能力，以确保准确打击目标。
4、材料科学技术研发能够承受高温、高压和高强度的新型材料，是制造高超音速武器的重要基础。
三、高超音速武器的应用领域1、战略威慑作为一种具有强大突防能力和打击能力的武器，高超音速武器能够对敌方形成有效的战略威慑，遏制战争的爆发。
2、常规战争在常规战争中，高超音速武器可以用于打击敌方的重要军事目标，如指挥中心、导弹发射井、机场等，迅速改变战场态势。
超燃冲压发动机热效率
超燃冲压发动机热效率1. 引言随着环保和能源安全的要求逐渐提高，汽车行业也逐渐朝着高效动力系统的方向发展。
冲压发动机是近年来备受关注的一种技术，其具有高压缩比、高温度、高功率密度等特点，被认为是替代传统发动机的一种具有前景的动力源。
其中，提高冲压发动机的热效率是关键问题之一，本文将通过对冲压发动机热效率的分析，探讨超燃冲压发动机提高热效率的途径。
2. 冲压发动机的热效率冲压发动机由于具有高压缩比和高温度等特点，其热效率较传统发动机有较大提高。
热效率是指发动机输出功率与消耗燃料的比率。
通常情况下，热效率值越高，发动机的排放量和燃料消耗量就越低。
而冲压发动机由于利用高压缩比和温度等优势，其热效率值通常能够提高20%以上，达到40%以上，可以说是相当高效的一种动力系统。
3. 超燃冲压发动机的热效率超燃冲压发动机是目前冲压发动机技术的一种扩展，其能够在不增加机械结构复杂度的情况下，进一步提高燃烧过程的热效率。
超燃冲压发动机能够在燃烧室内加入额外的燃料和氧气，同时加入适量的水和催化剂，促进完全燃烧和蒸发过程，从而进一步提高热效率和动力性能。
4. 提高热效率的途径除了利用超燃冲压技术提高发动机热效率外，还可以采用以下途径：- 提高压缩比：增加压缩比能够提高燃烧室内的温度和压力，促进燃烧过程的发生和加速。
- 采用高温材料：使用高温材料能够抵御高温高压的环境，保证发动机的稳定性和寿命，并提高热效率。
- 加强燃油系统：采用高压燃油系统能够更好地控制燃料的喷射和燃烧过程，从而进一步提高热效率。
- 优化进气系统：优化进气系统能够增加燃料和空气的混合程度，进一步提高燃烧效率和热效率。
5. 结论随着能源和环保问题的不断突出，超燃冲压发动机作为一种高效、高性能的动力源渐渐替代了传统发动机，被广泛应用于航空、汽车等领域。
提高热效率是冲压发动机的关键之一，可以通过采用超燃冲压技术、加强燃油系统、优化进气系统等途径来实现。
预计冲压发动机在未来的技术和市场中将有更加宽广的发展前景。
超燃冲压发动机燃烧室壁面再生冷却研究
超燃冲压发动机燃烧室壁面再生冷却研究
超燃冲压发动机燃烧室壁面再生冷却技术是一项能够提高汽油内燃机的发动机效率和性能的高科技技术，它利用复杂的装置在冲压发动机的燃烧室中利用再生冷却的方法，使得燃烧室的壁面分子晶体结构表面重新形成，并且获得良好的再生热量散发能力，从而达到提高汽油机发动机效率和性能的目的。
首先，需要对燃烧室壁面进行调整，将原来的旧的燃烧室壁面变得更加光滑和细腻，以便后续的再生热散发工作。
其次，采用特殊的技术制备复合材料的喷射机器，将特定的复合材料精确地喷射在燃烧室壁面上，这种复合材料的密度非常高，可以有效的减少燃烧室壁面在点燃的过程中的热量传播，从而改善再生冷却效果。
然后，结合有效载荷技术，在燃烧室壁面上进行精确的再生加工，使得燃烧室壁面再生冷却技术达到最佳效果。
最后，要采用高性能精密测试设备，对燃烧室壁面的实际效果进行测试，以确保技术的有效性。
通过超燃冲压发动机燃烧室壁面再生冷却技术，能够显著改善汽油机的发动机效率和性能，使发动机的燃耗、排放性能都处于高水平的状态。
这项技术的应用也有利于环境保护，能够有效的提高汽车的综合能源效率，并减少空气污染，节约能源，减少交通饱和的现象，从而达到为社会发展做出贡献的目的。
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推进技术本文2002206216收到,作者系中国航天科工集团三院31所高级工程师———超燃冲压发动机技术———刘小勇 摘 要 超燃冲压发动机是研究对应飞行马赫数大于6、以超声速燃烧为核心的冲压发动机技术。
它的应用背景是高超声速巡航导弹、高超声速飞机和空天飞机等。
半个世纪以来,它的研究受到了美、俄、法等国的重视。
目前,超燃冲压发动机技术已经开始进行飞行演示验证。
21世纪,超燃冲压发动机技术必将得到较快发展和实际应用,必定会对未来的军事、政治、经济等产生深远影响。
主题词 冲压发动机 超声速燃烧 超燃冲压发动机 高超声速飞行器概述冲压发动机(ramjet )属于吸气式喷气发动机类,由进气道、燃烧室和尾喷管构成,没有压气机和涡轮等旋转部件,高速迎面气流经进气道减速增压,直接进入燃烧室与燃料混合燃烧,产生高温燃气经尾喷管膨胀加速后排出,从而产生推力。
它结构简单,造价低、易维护,超声速飞行时性能好,特别适宜在大气层或跨大气层中长时间超声速或高超声速动力续航飞行。
当冲压发动机燃烧室入口气流速度为亚声速时,燃烧主要在亚声速气流中进行,这类发动机称为亚燃冲压发动机,目前得到广泛应用;当冲压发动机燃烧室入口气流速度为超声速时,燃烧在超声速气流中开始进行,这类发动机称为超燃冲压发动机,目前得到了广泛研究。
亚燃冲压发动机一般应用于飞行马赫数低于6的飞行器,如超声速导弹和高空侦察机。
超燃冲压发动机一般应用于飞行马赫数高于6的飞行器,如高超声速巡航导弹、高超声速飞机和空天飞机。
超燃冲压发动机通常又可分为双模态冲压发动机(dual modle ramjet )和双燃烧室冲压发动机(dual combustor ramjet )。
双模态冲压发动机是指发动机根据不同的来流速度,其燃烧室分别工作于亚声速燃烧状态、超声速燃烧状态或超声速燃烧/亚声速燃烧/超声速燃烧状态。
对于这种发动机如果其几何固定,通常能够跨4个飞行马赫数工作,目前研究较多的是M ∞=3(4)～7(8)的双模态冲压发动机;双模态冲压发动机如果几何可调,则能够在更宽的马赫数范围内工作,如M ∞=2～12。
双燃烧室冲压发动机是指同一发动机同时具有亚燃冲压和超燃冲压双循环的超燃冲压发动机,采用双循环的主要目的是用亚燃冲压发动机点燃超燃冲压发动机来解决煤油燃料的点火和稳定燃烧等问题。
超燃冲压发动机技术是发展高超声速技术的关键。
它涉及到空气动力学、气动热力学、计算流体力学、燃烧学、材料学等多学科的前沿问题及其交叉,是超声速燃烧、吸热型碳氢燃料、热防护、发动机/飞行器机体一体化、地面模拟试验和飞行试验等众多高新技术的集成,以其为动力装置的高超声速巡航导弹、高超声速飞机、空间作战飞行器/未来低成本可重复使用大地往返运输系统(空天飞机)对于国防安全、未来空间作战和航天运输都有重要意义。
目前,美、俄、法、日、德、英、印度等都正大力发展这方面技术。
预计美国将在2010年前后完成高超声速巡航导弹研制,在2020年前后研制成实用的高超声速飞机,在2025年前后研制成功未来低成本可重复使用大地往返运输系统(空天飞机)。
1 超燃冲压发动机的应用背景超燃冲压发动机的应用背景是高超声速巡航导弹、高超声速飞机、空天飞机等,预计最先得到应用的将是高超声速巡航导弹。
1.1 高超声速巡航导弹高超声速巡航导弹具有快速反应能力、相当高的突防概率、具有很强的穿透力。
凭借其高速度,在很短时间(不超过10min)内就能够打击近千千米以外的目标。
美国发展巡航导弹的重要目标就是增强快速反应与打击能力,尤其是打击机动目标,如导弹发射架、航空母舰等高价值机动目标。
高超声速巡航导弹能有效地遏制地基、机载、舰载预警及武器系统整体功能的发挥。
在满足命中精度要求的条件下,高超声速巡航导弹的巨大动能能有效地提高对加固目标(包括深埋地下目标)等目标的毁伤概率。
1.2 高超声速飞机高超声速飞机在实时侦察、远程快速部署和精确打击方面具有明显的军事价值。
高超声速飞机实施实时侦察有独特的优越性。
目前,各国主要依靠卫星和常规侦察机执行侦察任务,这两种侦察手段均有局限性,特别是在对一些重大突发事件的实时侦察方面存在明显不足。
高超声速飞机具有突防能力强,被拦截概率小,能深入敌纵深进行侦察的特点。
高超声速战斗机配挂防区外攻击武器,以高空、高速进入或退出目标区,或战斗机配挂高超声速防区外攻击武器,利用武器的高超声速实施突防、攻击,都必将大大提高航空武器系统的突防概率、作战生存力和作战效能。
当然,高超声速战斗机配挂高超声速巡航导弹则更是如虎添翼。
超燃冲压发动机技术进一步发展还可能用在洲际飞机上,这种洲际飞机飞行速度约为M a=5～6,航程达数万公里,各大洲之间约2h即可到达,有很大的潜在市场。
美、日、俄、法等国曾研究过各种以涡轮为基础的吸气式组合循环(TBCC)推进系统作为其动力装置,美、日等国至今仍在以国际合作的形式继续进行研制。
1.3 空天飞机空天飞机的特点是:能够象普通飞机一样起飞,以高超声速在大气层中飞行,在30km～100km高空的飞行速度可达12～25倍声速;能够直接加速进入地球轨道;能安全返回并再入大气层,象普通飞机一样在大气层中滑翔并降落;能够重复使用。
空天飞机(包括跨大气层飞机)将作为反卫星武器平台、监视和侦察平台、天基系统的支援平台,在未来的空间控制和空间战中将发挥重要作用:迅速回收或更换与国家安全密切相关的失效或失误的航天器(如卫星等);检查来历不明和可疑的轨道飞行目标;捕捉或摧毁不友好的航天器;当航天器观察到地面或空间出现严重事件时,可用空天飞机迅速查明情况,救援处于困境或生病的宇航员或使他们摆脱困境。
空天飞机将为未来的航天发射服务。
在快速发射和降低航天发射费用方面具有明显的潜力,特别适应未来信息化战争的需要,可以低成本地快速部署小卫星星座和回收卫星。
2 超燃冲压发动机的关键技术与飞行器高度一体化的超燃冲压发动机系统主要由进气道、燃烧室、喷管等关键部件组成。
其主要关键技术包括:在飞行马赫数范围内时,长度短、性能高、工作稳定的进气系统;能为推进系统提供最佳性能的燃烧室;能在飞行器整个工作范围内提供有效推力的排气系统;发动机总体性能优化;能提供最大有效能量又能提供充分的冷却能力的燃料和燃料供给系统;适合高超声速飞行的热结构和材料;以及演示验证技术等。
2.1 发动机/飞行器一体化在高超声速飞行条件下,由于激波损失、摩擦损失、附面层分离、附面层与激波相互影响等因素,将显著地增加飞行器的阻力。
超燃冲压发动机在高超声速飞行器中的合理布局可以明显地减小飞行器的阻力,使飞行器获得较高的升阻比;同时,飞行器外形、发动机在飞行器中的布局,对进入发动机气流的流量大小、流场品质有重要影响,也影响到发动机出口气流的膨胀,从而影响到发动机部件性能和总体性能,影响到发动机的部件结构和总体结构。
从发动机研究角度出发,发动机/机体一体化主要研究:发动机在飞行器中的布局,发动机的进气道性能受到飞行器前体的影响(前体预压缩对增大进气道的流量是有利的,但是其产生的附面层、摩擦损失、流场不均匀性等对发动机的性能是不利的),飞行器后体对发动机出口气流膨胀的影响(发动机尾喷管与飞行器后体相互匹配,控制气流膨胀不足和过度,增大发动机推力和减小尾部底阻)。
2.2 超燃冲压发动机总体技术超燃冲压发动机总体技术主要是协调与飞行器总体的关系,约束发动机各部件的性能指标,涉及到推进系统总体性能优化选择、总体结构、热管理、部件形式选择与性能要求、发动机控制方案等。
冲压发动机的特点是在设计点具有较高性能,偏离设计点,性能迅速下降,因而工作范围不宽,通常只能够跨2个马赫数工作。
以超燃冲压发动机为动力的高超声速飞行器,巡航速度一般大于马赫数6,在从0起动速度到巡航速度的范围内,冲压发动机工作的速度范围越宽,飞行器的总体性能越优,因此理想的工作状态时希望冲压发动机能够在马赫数低于2时就开始工作,一直使飞行器加速到巡航速度(如马赫数6),但是这给发动机的设计带来了很多困难。
因此优化选择发动机的工作过程,在较宽的速度工作范围使发动机具有较高性能成为发动机总体技术首先要解决的问题。
通常在飞行器马赫数小于6时,冲压发动机采用亚声速燃烧(亚燃)比采用超声速燃烧(超燃)具有更高的性能。
亚燃冲压发动机与超燃冲压发动机简单串联或并联组合,都不能够使冲压发动机获得良好性能。
这必然要求具有较宽工作范围的超燃冲压发动机既能够实现超声速燃烧,也能够实现亚声速燃烧,即所谓双模态燃烧。
在不同的马赫数条件下,合理配置发动机气流通道,实现发动机不同的工作模态和模态之间平稳地过度,也是超燃冲压发动机总体技术研究的关键。
超燃冲压发动机外部是高超声速气流,气动加热形成了很强的热负荷(对于巡航马赫数6,驻点温度达到了1700K),发动机内部是高超声速气流减速后继续燃烧的高速、高温(对于巡航马赫数6左右工作的发动机,内部气流总温可达3000K以上)气流。
工作环境热负荷大,必须采用主动冷却。
在超燃冲压发动机冷却过程中,冷却剂和燃料合二为一,冷却剂的流量等于燃料流量,一方面要在给定的燃油流量下通过设计合理的冷却结构达到冷却效果。
对于煤油燃料来说,另一方面还要求燃油吸热达到合适的温度,以便于产生相变,形成气态燃料,或裂解成甲烷、乙烯、氢等小分子有助于燃料高效燃烧。
相对于火箭发动机,超燃冲压发动机的燃料只含还原剂,可用来作冷却剂的量大大减少,而相对的冷却面积反而比火箭大。
这些都给超燃冲压发动机的热管理研究带来了更大的困难。
2.3 进气道技术超燃冲压发动机要求高超声速进气道能够在宽的马赫数范围内具有良好的起动特性、较高的空气流量捕获系数、较高的总压恢复系数、良好的出口流场品质以及较高的抵抗燃烧形成高压的能力(抗反压能力)等性能,这些性能与进气道的几何构型紧密相关,对附面层、壁面摩擦、附面层与激波的相互影响等也相当敏感,而且各性能指标之间相互耦合、相互矛盾,在实际研究中还将涉及到进气道的冷却问题、实验时的测试方法等,这些都影响了高超声速进气道技术研究的复杂性。
为此,需要优化选择高超声速进气道几何构型,研究三维压缩效应、附面层的发展规律及其吸除技术、附面层与激波的相互作用规律、试验模拟方法等。
2.4 燃烧室技术超燃冲压发动机燃烧室技术要解决的主要问题是在有限的空间(米级)、时间(毫秒级)内和在高速气流(通常是超声速气流)中,实现燃料的喷射、雾化、蒸发、掺混、点火、稳定燃烧,将化学能最大限度地转化为热能,有高的热效率和较小的压力损失,而且要能够适应较宽的燃料/空气当量比变化、燃烧室的压力变化、速度变化,以满足飞行器不同空域和不同速度飞行、加速以及巡航等要求。
双模态燃烧是燃烧室技术研究的关键。