冲压发动机发展现状及其关键技术

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1、固体火箭技术第21卷第3期JournalofSolidRocketTechnologyVol.21No.31998①冲压发动机发展现状及其关键技术张炜朱慧方丁酉张为华(国防科技大学,长沙,410073)摘要对国内外冲压推进技术的发展现状进行了对比分析,论证了我国加快开展冲压发动机及相关技术研究的必要性。分析了冲压发动机驱动的导弹总体技术、进气道/转弯方式/冲压补燃室(无壅塞式应同时考虑燃气发生器)一体化设计、贫氧推进剂、燃气发生器、助推器及转级等方面的关键技术。主题词冲压火箭发动机导弹冲压喷气发动机导弹1前言随着由先进雷达技术、预警飞机和预警侦察卫星

2、所组成的立体预警系统以及反导弹系统的应用,对导弹的突防能力和生存能力提出了更高的要求。目前人们广泛采用先进的隐身技术(如采用隐身材料和减小雷达反射面的结构隐身设计等)、减小动力装置的信号特征(采用少烟或无烟推进剂以提高导弹及发射平台的隐蔽性)、加快导弹的飞行速度(采用超音速或高超音速飞行的导弹来减少对导弹的防卫时间)等途径提高导弹的突防能力。人们希望下一代战略导弹是具有射程远、精度高、机动性更好和超音速飞行的先进战略巡航导弹;而战术导弹则希望能在防区外发射,机动性好和超音速飞行。2冲压发动机的优势选择超音速飞行推进系统的几个关键指标是比冲高、推重比大

3、和推阻比大。火箭发动机与冲压发动机相比的关键问题是比冲问题。由于火箭发动机自带氧化剂,而氧化剂又占推进剂总重的70%～80%,所以火箭发动机的比冲很低。冲压发动机的比冲比火箭发动机高4～6倍。显然冲压发动机远比火箭发动机优越。冲压发动机与涡喷发动机相比的关键指标是推重比,尤其是推阻比。在超音速和高超音速(Ma=1.0～5.0M)飞行条件下,冲压发动机的推重比和推阻比均优于涡喷发动机。虽然冲压发动机在飞行速度低于1.5M时,工作效率不很高,但当飞行速度大于1.5M时(现在的超音速飞航导弹飞行速度一般都大于2M),工作效率便超过一般的涡喷发动机。冲压发动

4、机的另一个优点是工作速度范围很宽,在1.5～5.0M的范围内它都能有效地工作,即使是在空气密度很高的海平面,其最大工作效率也可达3M。显然超音速飞行的导弹应优先选用冲压发动机。另一方面,冲压发动机驱动的导弹可以巡航飞行状态实现全程有动力飞行,这将大大提高导弹的机动性,从而提高导弹的突防能力及其末端轨道姿态修正能力。3冲压发动机推进技术的应用状况[1]截止90年代初,世界上已有六种冲压和火箭冲压组合发动机驱动的导弹得到应用。两种第一代冲压发动机驱动的导弹,即英国的警犬(Bloodhound)和中国的C101。其结构特点是两台并联工作的冲压发动机位于弹体

5、后部,采用可分离的固体火箭助推器将导弹加速到冲压发动机起始工作点。由于这类导弹既庞大又笨重,大多数限于面空型导弹。美国用第一代冲压发动机驱动的波马克导弹已于20年前退役,英国的警犬导弹将进入第四个十年服役期,而我国的C101导弹是80年代制造的。①收稿日期:1997210205,返修日期:1998202217。第一作者:张炜,男,36岁,副教授,研究方向:固体火箭推进剂及发动机。—24—1998年9月张炜等:冲压发动机发展状况及其关键技术第3期表1第一代冲压发动机驱动的导弹Tab.1Thefirst2generationmissilesofducte

6、drocketengine名称代号航程/km马赫数高度/km推进装置设计国①Bomarc7002.830两台冲压和一台固体助推器美国波马克地空导弹警犬地对空导弹Bloodhound<842.50.3～27两台冲压和四台固体助推器英国超音速海防导弹C101———两台冲压和一台固体助推器中国①表示已经退役,表2同此。表2第二代冲压发动机驱动的导弹Tab.2Thesecond2generationmissilesofductedrocketengine名称代号航程/km马赫数高度/km推进装置设计国①Talos3～1202.530一台冲压和四台固体助推器美

7、国黄铜骑士面空导弹中程高空地空导弹SA248～742.5<24.4一台冲压和一台固体助推器前苏联海标枪面空导弹SeaDart4.5～70<3.50.03～22液体燃料冲压发动机英国表3第三代整体式冲压发动机概况Tab.3Surveyofthethird2generationintegralramjetandductedrocketengines航程马赫高度进气道名称代号推进装置设计国/km数/km设置①SA26———整体式固体火箭冲压发动机4个X型前苏联中低空地对空导弹①SA290303～422整体式液体燃料冲压发动机—法国中程地对空导弹①ASMP<

8、2502～3—整体式液体燃料冲压发动机两侧进气法国中程空对地导弹①ASALM380>3.524.4整体式液体