涡轮冲压发动机.docx
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1、涡轮冲压发动机众所周知,在超音速领域中,冲压发动机的热效率优于其它可能的吸气式发动机。冲压发动机比冲高,结构简洁,它获得了广泛的应用。在我们我国,钱学森和梁守磐教授倡议和领导了冲压发动机的进展工作。在60年月就乐观着手进展了液体燃料冲压发动机。现在有几种液体燃料冲压发动机和固体火箭冲压发动机已经研制胜利,某些发动机已用于低空超音速反舰导弹上。在讨论整体式液体燃料冲压发动机方面已获得重要进展。液体燃料冲压发动机曾研制了不同类型的高空、低空弹用冲压发动机。超群音速吸气式组合发动机的概念讨论和可行性讨论正在进行,目的是找出吸气式组合推动系统的最佳类型。超音速燃烧的讨论工作正在开展。对于获得超群音速的
2、飞行来说,冲压发动机是比较优秀的选择。美国冲压发动机的试验,马赫数8-10。但是,我们也留意到,试验飞行器被带到高空投放后,飞十几秒钟,燃料也没了。可见这种发动机,耗油率特别大,工作时间特别短,燃烧效率也不高。 而现在的航空涡轮发动机,燃烧效率一般都达到了 90%以上,主燃烧室的燃烧效率甚至会达到在98到99虬 而这种冲压发动机,燃烧效率在60%到70%左右,铺张了许多的燃料,工作时间也特别短。 因此,北航的高歌教授认为:采纳新的涡轮发动机原理以后,完全有可能在一个比较短的时间内,获得推重比20的新型航空涡轮发动机,并以此来实现音速4-5倍的飞行器。由于现有冲压发动机或者脉冲震爆发动机有局限性
3、,比如冲压发动机不能从地面起飞,不能0速启动。而他认为新一代的涡轮发动机能够把这个飞行器的马赫数达到4-5,可以和冲压发动机竞争。将来的涡轮发动机,它也是要充分采用冲压的效果,但是,这个涡轮发动机本身新的原理以后,它的应用零件可以削减70%o在研制中,我们也遇到了许多问题,一个重要的问题是进气道。进展了儿种类型的进气道,诸如带有单锥的外压式进气道、多激波进气道、侧面进气道、等燃进气道等。另一个重要问题是燃烧室。讨论了不同类型的燃油喷嘴、喷油杆、V型槽稳定器、预燃室,以及气膜冷却方法。在上述讨论工作的基础上,冲压发动机型获得胜利的进展,该发动机在超音速和低空工作,性能如下:飞行速度Ma=2. 0
4、;起动速度Ma=L 5L 8;高度H=0. l0. 5km;发动机直径D=440mm;相对进口面积Al=0. 40;相对喉道面积Ah=O. 80;相对出口面积A4=0. 95。冲压发动机型发动机设计特点如下:1 .使用带有中心锥的外压式进气道使用的进气道中心锥半角为25。在结尾正冲波后,燃烧室进口马赫数约为0.2。亚音段当量扩张角为7。36。进一步的讨论表明,经过优化设计,可将当量扩张角提高到9。36,总压恢复系数仍保持不变,这样可以显著缩短燃烧室长度。阅历表明,在进气道设计中,要避开结尾正激波和中心锥支板的相互干扰,否则将诱发燃烧振荡。2 .使用带有旋流器的预燃室。预燃室流量大致为发动机总流
5、量的1%。在起动中预燃室的混合比接近化学恰当比,在起动后,混合比显著下降,在预燃室设计中要考虑混合比的变化。使用双喷嘴环和V型槽稳定器发动机使用双喷嘴用环,喷嘴环上匀称装有离心式喷嘴。燃油浓度的分布对发动机的工作有显著影响,燃油在燃烧室中匀称分布,有利于提高燃烧效率;适当提高燃烧室中心浓度,有利于发动机起动。燃烧室中装有两个环形V型槽火焰稳定器。火焰稳定器在燃烧室中的布置直接影响发动机的工作。火焰稳定器安置不当,点火延迟时间拉长,甚至发动机不能起动。通过工业电视,可以清晰地看到,在起动过程中火焰稳定器之间的火焰传递。3 .使用气膜冷却。燃烧室火焰筒用气膜冷却,采纳三段火焰筒,以提高气膜冷却效果
6、。在火焰筒上开有小孔,以削减发动机振动。冲压发动机在地面上进行了充分的试验。主要设施有冲压发动机高空直连式试车台、冲压发动机自由射流试车台、涡轮泵试验台、离心泵试验台、进气道试验风洞等。高空直连式试车台主要是模拟冲压发动机燃烧室进口气流参数,考查燃烧室和尾喷管工作性能。在高空直连式试车台上进行了冲压发动机本体性能试验、起动试验、结构考核试验、长时间工作试验、发动机和涡轮泵、调整器的联合工作试验、模拟飞行弹道的冲压发动机联合工作试验等。这一高空直连式试车台模拟高度可达30km,模拟飞行马赫数可达到4,具有先进的测试设施。冲压发动机自由射流试车台向冲压发动机供应超音速自由射流进气条件,模拟发动机空
7、中工作的来流速度、环境压力和温度,通过自由射流试验可以确定发动机典型工作状态的性能。在实际飞行中,飞行器常以某种攻角飞行。自由射流试验台设有攻角机构,模拟有攻角的飞行状态,确定攻角对发动机性能的影响。在自由射流试车台上进行了冲压发动机流量系数标定试验、临界推力和喘振边界试验和发动机鉴定试验。冲压发动机型的飞行试验获得胜利。结果表明,发动机的飞行性能与地面试验的结果是全都的。4,进气道。4个进气道对称环绕安置在燃气发生器四周。在飞行中进气道以超额定状态工作。5.富燃推动剂。发动机使用丁羟富燃料推动剂,配方中含有高氯酸氨、铝、镁等成分。6.燃气发生器。固体燃料在燃气发生器中燃烧后产生富燃气,从12
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