高超音速吸气发动机讲义

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1、第一章绪论1.1国内外高超声速飞行器研制现状高超声速飞行器技术是21世纪航空航天技术的新制高点，是航空史上继发明飞机、突破声障飞行Z后第三个划时代的里程碑，同时也将开辟进入太空的新方式。高超声速飞行器技术的突破，将对国际战略格局、军事力量对比、科学技术和经济社会发展以及综合国力提升等产生重大和深远的影响。因此，世界主要国家一直把高超声速飞行器研制作为科技发展的最前沿阵地，从人力、物力、财力等各方面给予大力支持。自20世纪50年代末开始探索超声速燃烧冲压发动机技术以來，经过几十年的探索，美国、俄罗斯、法国、德国、□本、卬度和澳大利亚等国在20世纪90年代初陆续取得了技术上

2、的重大突破，并相继进行了地而试验和飞行试验。这表明高超声速技术从进行概念和原理探索的基础研究阶段，进入了以某种高超声速飞行器为应用背景的先期技术开发阶段。各国技术开发的主要应用目标近期为高超声速巡航导弹，中期为高超声速飞机，远期为吸气式推进的跨大气层飞行器、空天飞机。高超声速飞行器技术是21世纪航空航天技术的制高点，也是重要的军民两用技术。虽然目前仍存在不少技术难题，而月•耗费巨大，但从世界各研制国目前的发展势头来看，以超燃冲压发动机为动力的高超声速巡航导弹有可能在2010年前后问世。预计到2025年，以超燃冲压发动机为动力的高超声速飞机和空天飞机也冇可能投入使用，并将

3、在军事、政治和经济等领域产生重大影响。1美国1.1Hvper2X计划经过较长吋间的研究和实践，美国在高超声速飞行器的设计研制方面积累了丰富的经验。作为试验性高超声速飞行研究计划，Hyper2Xi

4、-划是对以往所做工作的一次检验。IIypcr2X计划是美国国家航空航天局(NASA)近年來重点开展的高超声速技术研究计划，主要目的是研究并验证可用于高超声速飞机和可重复使用的天地往返系统的超燃冲压发动机技术，并验证高超声速飞行器的设计方法和试验手段o1997年1月，NASA与兰利研究中心、德莱顿飞行研究中心签订合同,Hyper2Xi

5、-划正式启动。Hyper2Xi

6、-划的试验飞

7、行器代号为X243,根据演示验证的任务不同分为X243A、X243B、X243C和X243D,共4个型号。1.1.1X243AX243A技术由位于列吉尼亚州汉普顿的NASA兰利研究中心和位于加利福尼亚州爱德华的NASA德莱顿飞行研究屮心负责开发。其屮机身和发动机由位于纳西州塔拉荷马的ATKGASL公司(原微型飞行器公司)制造，位于加利福尼亚州亨亭顿的波咅公司鬼怪工厂负责部分系统工程、热防护、操纵、导航和控制设计以及飞行控制软件、内部布局和结构设计。X243A的助推器是经过改装的飞马座运载火箭的第一级，该系统由位于亚利桑那州昌德勒的轨道科学公司提供X243A机身＜3.66

8、m,高660mm,翼展1.53m,质量1360kg,由采用液氢燃料的双模态超燃冲压发动机推进。1997年3月，NASA选定ATKGASL公司为飞行研究任务装配X243A无人驾驶研究飞行器。1997年12月，轨道科学公司对飞马座运载火箭成功进行了关键的设计审查。1998年，1台超燃冲压发动机作为第一部硬件交付NASA,随后这台发动机在兰利研究中心的2.44m八支点高温风洞中进行了一系列测试。1999年10月，第一架X243A交付德莱顿飞行研究中心。2000年,X243A在ATKGASL公司的Hypulsc设备上进行了M沪7的试验，在兰利研究中心的电弧加热设备上进行了Ma=

9、4.5的试验，至此，已获得Ma=4.5〜10的地而数据。2001年4月，NASA在位于加利福尼亚的爱德华空军基地展示了X243A飞行器。同年6刀2日，X243A首次飞行试验因飞马座运载火箭故障而宣告失败。2004年3月27B,X243A第二次飞行试验成功实现了Ma=6.8316的飞行。2004年11H16R,X243A第三次飞行试验又成功创造了Ma=9.8的飞行纪录。在成功的飞行试验中，X243A一体化机身/发动机产生了冇效推力，冃其运行状态接近丁•预先分析和风洞试验的结果。虽然飞行试验连续两次成功，但X243A高超声速飞行器仍有许多实际问题需要考虑，比如其非常窄细的鼻

10、锥采用质量为362.88kg的高密度钩板制成，其口的是将飞行器的重心前移，但它就占飞行器总质量的29%。这种布局产生的问题是如何使作战中的飞行器保持平衡。X243A的发动机采用铜吸热器，以水冷方式冷却进气I」。上述方法对于10s的短暂飞行来说是可行的，但对长时间的飞行来说却是个大问题。氢燃料易燃，且速度快，但实际用的碳氢燃料并没有这些优点等等。X243A计划共花费2.3亿美元。图1X243B高超声速研究飞行器1.1.2X243BX243B机身长10.05m〜12.19m,采用基于火箭的组合循环发动机(RBCC)或基于涡轮的组合循环发动机(