基于亚燃的高超声速冲压发动机内流道研究

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaJan252015Vol36No．1232—244ISSN1000．6893ON11．1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．educnhkxb@buaa．edu．Cn基于亚燃的高超声速冲压发动机内流道研究段晰怀1，郑日恒1’2一，李立翰1’21．北京动力机械研究所，北京1000742．北京动力机械研究所高超声速冲压发动机技术重点实验室，北京100074摘要：为了研究亚燃冲压发动机在高超声速条件下工作的性能，采用总体性能计算方法和流体力学仿

2、真对基于突扩燃烧的高马赫数亚燃冲压发动机内流通道进行匹配设计研究，得到了其速度特性和调节特性。结果表明，设计出的亚燃冲压发动机在高超声速范围内性能良好，能够正常工作。在接力点处，马赫数Ma=3．5，高度H一12km，得到最大推力系数为0．649，此时比冲为13801．2N·s／kg；在巡航点处，Ma一5．0，H一21km，发动机余气系数口=1．8时，得到推力系数为0．370，此时最大比冲为12574．0N·s／kg。研究认为，最大飞行马赫数为5～6的高超声速冲压发动机采用亚燃是可行的。关键词：高超声速；亚燃冲压发动机；内流

3、道；可行性；仿真计算中图分类号：V430文献标识码：A文章编号：1000—6893(2015)01—0232—13冲压发动机按照来流马赫数可以分为超声速冲压发动机和高超声速冲压发动机2类，二者之间以马赫数Ma一5．0为分界线。由于冲压发动机具有适合高速飞行和比冲较高的优点，超声速冲压发动机和高超声速冲压发动机的研究一直备受重视[1’2]。为提高突防能力，飞行器要能够快速加速到高马赫数，因此，要求冲压发动机能提供足够的推力使飞行器加速爬升；另外，在高空高速长航时飞行时，还要求冲压发动机应具有良好的经济性[3]。目前，一些国家

4、已经发展了中等马赫数(Ma=2．o～4．0)下的亚燃冲压发动机技术。当要求飞行器的飞行马赫数高于5．0，即达到高超声速[4巧]时，一般选择基于超燃的高超声速冲压发动机，而不采用基于亚燃的高超声速冲压发动机。自法国于1913年发明冲压发动机以来，国内外对基于亚燃的高超声速冲压发动机的研究工作开展得很少，相关研究也止步于马赫数4．5。一般来说，最高飞行马赫数5．0是国内外设计基于亚燃的高超声速冲压发动机与基于超燃的高超声速冲压发动机的拐点，即当最高飞行马赫数为5．0以下时，一般采用亚声速燃烧冲压发动机，而当最高飞行马赫数为5．

5、0以上时，一般采用基于超燃的高超声速冲压发动机，如双模态冲压发动机、双燃烧室冲压发动机等。截至目前，只有美国实现了采用冲压发动机使巡航马赫数达到5．0以上(Ma一5．1)的飞行，即X一51A飞行器，该飞行器采用的是基于超燃的高超声速冲压发动机。众所周知，在较高的高超声速(Ma>6．o)条件下，固然需要采用基于超燃的高超声速冲压发动机；但是，在不高的高超声速(Ma一5．O～6．O)条件下，是否必须采用基于超燃的高超声速冲压发动机呢?收稿日期：2014-08-24；退修日期：2014-09—16；录用日期：2014—10-20

6、；网络出版时间：2014—10．2310：13网络出版地址：WWW．cnkinet／kcms／detail／10．7527／$1000-68932014．0236．html基金项目：高超声速冲压发动机技术重点实验室开放基金(20120103006)*通讯作者．Tel．：010-68375352E-mail：riheng@hotmailcom鳓用格武iDuanXH．ZhengRH．LiLH．Internalflowpathforhypersonicramjetbasedonsubsoniccombustion[JJ．Acta

7、AeronauticaetAs．tronauticaSinica．2015，36(I)：232-244．段晰怀．郑8恒t李立翰．基f亚燃的高超声速冲压发动机内流道研究!JI．航空学报。2015．36(1)：232—244．段晰怀等：基于亚燃的高超声速冲压发动机内流道研究如果能够将基于亚燃的高超声速冲压发动机的飞行马赫数拓展到5．0以上，比如达到5．0～6．0范围内，则可从设计方法上实现对亚燃冲压发动机的继承。本文的研究目的是通过发动机流道计算来获得发动机的总体性能，并从总体性能分析的角度，给出采用基于亚燃的高超声速冲压发动

8、机的飞行马赫数拓展到5．0～6．0是否具有可行性的判断。这对于发展巡航马赫数为5．0～6．0的高超声速飞行器具有重要意义。结合发展整体式冲压发动机的需要，国内外开展了依靠进气突扩形成的回流区来稳定火焰并进行高强度燃烧的技术研究。Zetterstrom和Sjoblom[61发现在靠近侧面突扩燃烧室的突扩截