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  • 组合发动机

    组合发动机就是由两种发动机组合而成的发动机。发展组合发动机的目的在于使飞行器在不同的飞行条件下都能得到良好的推进性能。

    编辑摘要

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    组合发动机就是由两种发动机组合而成的发动机。发展组合发动机的目的在于使飞行器在不同的飞行条件下都能得到良好的推进性能。通常可用的组合发动机有三种。
    (1)火箭冲压发动机:用火箭发动机作为冲压发动机的高压燃气发生器,它可以在较大的空气燃料比范围内工作,适宜于超音速飞行。
    (2)涡轮冲压发动机:由涡轮喷气发动机(或涡轮风扇发动机)与冲压发动机组合而成,前者的加力燃烧室同时也是后者的燃烧室。涡轮冲压发动机兼有涡轮喷气发动机在小马赫数时的高效率和冲压发动机在马赫数大于3时的优越性能。
    (3)涡轮火箭发动机:用火箭发动机作为涡轮喷气发动机的燃气发生器,它的单位迎面推力大,但耗油率高
    此外,还有液氢蒸气火箭涡轮发动机、带液化空气的火箭涡轮发动机等

    工作原理  /组合发动机 编辑

     

    组合发动机组合发动机
    冲压动动机的工作原理是由法国科学家勒内?洛兰于1913年提出的。由于当时的条件限制,在很长的时间内该技术没有取得进展,到20世纪40年代仍处于探索性研究阶段。60年代中期至70年代是整体式火箭冲压发动机技术取得突破性进展的年代。用途燃烧整体式助推发动机技术的突破、贫氧推进剂研制的进展均为整体式固体火箭冲压发动机的发展提供了技术基础。现在,整体式固体火箭冲压发动机的基本技术问题已经解决,但要用到新一代先进导弹上,还有不少工作要做。
    固体火箭冲压组合发动机是一种质量轻经济性好、工作可靠的高速导弹动力装置,引起各国的重视并开展研发。国内在20世纪70年代初,北京航空航天大学、航天三院、新光机械厂等单位先后开展了固体火箭冲压发动机的应用研究,其后,有关基地着手培训人员,调查研究着手开展相关的研究工作,90年代有关研究院所以及西北工业大学、国防科技大学等相继建立了固体火箭冲压发动机的试验设备,进行了系列研究,更深入地开展了各项理论和试验研究工作。冲压发动机由进气道(也称扩压器)、燃烧室推进喷管三部组成,比涡轮喷气发动机简单得多。冲压是利用迎面气流进入发动机后减速提高静的过程。这一过程不需要高速旋转的复杂的压气机,是冲压喷气发动机最大的优势所在。进气速度为3倍音速时,理论上可使空气压力提高37倍,效率很高。高速气流经扩张减速,气压和温度升高后,进入燃烧室与燃油混合燃烧。燃烧后温度为2000一2200℃,甚至更高,经膨胀加速,由喷口高速排出,产生推力。因此,冲压发动机的推力与进气速度有关。以3倍音速进气时,在地面产生的静推力可高达2OO千牛。火箭冲压发动机:用火箭发动机作为冲压发动机的高压燃气发生器,它可以在较大的空气燃料比范围内工作,适宜于超音速飞行。

    使用液体推进剂燃气发生器的火箭冲压发动机。由进气道、液体推进剂燃气发生器、燃料箱和供应调节系统、补燃室、尾喷管组成。使用富燃料(贫氧)液体推进剂的燃气发生器(火箭室)提供高温富燃料燃气,将冲压空气流引射、增压,并在补燃室中掺混、补充燃烧。液体推进剂可以使用富燃料单组元自燃燃料,也可以使用双组元推进剂,在一定范围内改变燃烧室的余氧系数空气/燃料的化学当量比和空气加热比,较灵活地调节发动机参数,以改善发动机推力一经济特性。液体火箭冲压发动机的优点是比冲较高、推力可调节,缺点是结构比较复杂。液体火箭冲压发动机除适用于工作范围较宽的战术导弹外,由于可以较长时间工作,可发展为高超声速飞行和航天运输需要的工作范围宽广的可变模态火箭冲压复合循环发动机方案。

    国外固体冲压发动机技术研究与发展状况
    1前言
    目前飞航式导弹正在向超音速和高超音速(Ma>4~8),中高空(H>15~40km),超低空(H<100~300m)和中远程(L>100km)方向发展,这样就进入了冲压发动机最佳工作领域。固体火箭冲压发动机是冲压发动机中的一种,燃烧室中的贫氧燃气由固体燃料的燃烧提供。由于其成本低易储存结构紧凑简单等突出优点,是弹用冲压发动机的一种优选方案,受到各国的重视,研制活动非常活跃。前苏联采用固冲发动机的SAM-6地空导弹已于1967年服役,目前各国还有许多在研型号。

    固体冲压发动机一般分为固体推进剂管道式冲压发动机(SolidDuctedRocket,简称SDR);固体燃料冲压发动(SolidFuelRamjet,简称SFRJ);固体燃料超音速燃烧冲压发动机(SolidFuelScramjet,简称Scramjet)。

    2SDR的研究状况及关键技术[1~19]
    固体推进剂管道式冲压发动机(SDR)又称为固体燃气发生器冲压发动机,结构如图1。称为燃气发生器的主燃烧室内,贫氧固体燃料经预燃气化生成富燃燃烧产物,排入冲压燃烧室(或称补燃室),与从进气道引入的空气(富氧)混合补燃,二次燃烧产物从喷管排出,产生推力。因仅用吸气式发动机不能零速起动,故冲压燃烧室同时用作助推器,助推药柱燃完后助推喷管抛掉,导弹加速到超音速,并转换到冲压工作状态。

    燃气发生器通常有两种构型。一种是壅塞式,发生器工作压强由一个或多个喷管(或燃气阀)控制。另一种是非壅塞式,燃烧室间没有壅塞式截流器,燃气发生器燃烧产物通过喷注器直接流入补燃室,其中的工作压强接近于补燃室压强,由导弹的飞行速度和高度决定。

    缩比试验表明,的燃烧效率随燃气发生器中的压强与补燃室中压强之比以及空气温度的升高而增加,因此,同样条件下壅塞式略优于非壅塞式,但低空飞行条件下非壅塞式因结构简单而更为有效。另外,不管采取那种形式,随导弹的飞行高度和速度的不同,要维持一定的空/燃比和调节推力,就需要进行发生器流量的调节,两种构形其调节方法和机理是有差异的。

    2.1SDR的研究和发展状况
    一般来说,SDR的推进性能不如液体燃料冲压发动机和固体燃料冲压发动机(SFRJ),但由于技术成熟,灵活性好,工作相对简单,目前对SDR的研究较多。六十年代前苏联首先在防空导弹SA-6上使用了碳氢燃料整体式SDR,美、德、法等国也积极开展SDR技术的研究项目,为其在战术导弹上的应用打下了坚实的基础。

    a.美国
    作为对先进中程空对空导弹(AMRAAM)推进技术的改进,美国空军于1976年开始评估SDR在战术空对空导弹上的应用。
    70年代后期,空军火箭推进试验室和喷气推进试验室发起了新型空对空导弹技术计划,旨在发展无喷管助推器用的推进剂、快速可燃气体发生器推进剂和冲压燃烧室技术。
    1979年,喷气推进实验室进行固体燃料管道冲压发动机-推进技术验证计划(DR-PTV)。目的是把选出的SDR发动机构型结合到一个试验飞行器中,来满足先进中程空对空导弹AIM-120的设计和对接要求。该发动机使用固定流量气体发生器,采用Arcadene399燃料,贫氧燃气进入具有双进气道的冲压燃烧室中。对直连式自由射流式发动机进行了试验,以验证主发动机和助推-巡航的转换性能,研制了无喷管助推器。

    80年代初,空军开始对战术空对空导弹使用可变流量气体发生器进行评估,并开发燃气发生器燃料可变流系统的调控方法。目的是在5年之内发展成一个可供飞行的推进系统,用于先进中程空对空导弹(AIM-120)中,进行后续计划的飞行试验。

    b.德国
    德国1973年开始研制硼基推进剂在SDR中的应用,先后研制EFT型实验导弹(1973~1975)、ASSM(1975~1980)、ANS预研型号(1981~1987)等以SDR为动力的导弹。

    ANS反舰导弹的动力装置由MBB公司研制,采用整体式SDR。固体助推器药柱直径为330mm,药型为星形,推进剂为CTPB,采用可抛式喷管;冲压发动机药柱直径为330mm,长3200mm,质量为180~200kg,端面燃烧,推进剂采用PB632-253配方(含硼量为40%的贫氧丁羟),喷管喉部面积可调。
    固体火箭冲压发动机在未来战术导弹上的应用具有很大的潜力,国外许多先进国家对此进行了大量的研究与开发,在技术上取得了较大的进展,但由于其技术复杂性,在许多方面还有待进行大量的研究工作。

    涡轮火箭发动机

    冲压发动机与涡轮冲压发动机都属于喷气发动机,前者适用于导弹,后者一般用于高速歼击战斗机。下面分别简要介绍这两种发动机的工作原理。

    冲压发动机

    组合发动机组合发动机
    冲压发动机是一种气动热力涵道喷气发动机。他没有任何主要的旋转部件,只包含一个扩张形进气涵道和一个收敛形或者收敛-扩张形出口。当该发动机在外部动力作用下向前运动时,空气被压入进气道。随后空气流经扩张形涵道,其速度也就是动能降低,但压力能增加。在燃油燃烧的作用下,空气的总能量增加,膨胀的燃气通过出口涵道加速并排出,从而产生推力。因为静止的空气无法与燃油充分混合,燃气不能良好燃烧,使得发动机在较短时间内不能产生足够的推力;所以冲压发动机开始工作的前提条件是,必须首先获得一定的向前运动的速度。正是由于这个特性,决定了这种发动机不适合作飞机的动力,而只适合作导弹和靶机的动力。现在一般的中远程导弹巡航导弹都采用冲压发动机,在冲压发动机的后部装有一级以上的火箭发动机。导弹发射时,火箭发动机首先点火工作;当导弹达到一定的速度和高度后,火箭发动机停止工作,接着冲压发动机开始工作,最后将导弹送往指定的目标。

    涡轮冲压发动机
     

    组合发动机组合发动机
    涡轮冲压发动机将涡轮喷气发动机与冲压喷气发动机有机结合起来,在高超音速时具有良好的性能。
    这种发动机的周围是一涵道,前部具有可调进气道,后部则是带可调喷口的加力喷管。起飞和加速期间,其加力燃烧室工作,该发动起一常规涡轮喷气发动机的作用;在马赫数3以下的其他飞行状态,加力燃烧室不工作(见图2a)。当飞行器加速通过马赫数3时,涡轮喷气发动机关闭,进气道的空气借助于向叶片绕过压气机,直接流入加力喷管。该加力喷管成为冲压喷气发动机的燃烧室。这个时候,该发动机起一冲压喷气发动机的作用。涡轮冲压发动机适合要求高速飞行并维持高马赫数巡航状态的飞行器,一般用于高速歼击战斗机

    相关连接/组合发动机 编辑

    http://club.163.com/viewArticleByWWW.m?boardId=avigation&articleId=avigation_10e3248a67c01d3&boardOffset=0

    http://iask.sina.com.cn/b/895270.html?from=related

    http://www.space.cetin.net.cn/docs/ht9803/ht9803214.htm

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    发动机引擎

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