火箭基组合循环(RBCC)推进系统研究现状

对火箭基组合循环(RBCC)推进系统基本概念进行了介绍,并就此项技术在美国的研究现状做了比较详细的综述,指出了发展这种新型推进装置的关键技术,对国内在这方面的研究思路提出了建议。

火箭基组合循环(RBCC)推进系统研究进展

对火箭基组合循环(RBCC)的基本概念和基本工作原理进行了介绍,就世界各国尤其是美国对此项技术的研究现状进行了比较详细的综述,并指出了该种新型推进系统的关键技术,阐述了加快我国新型推进系统研究的必要性。

组合循环推进系统燃料消耗模型及优化分析

根据飞行任务要求,准确计算出飞行器所需的燃料消耗是推进系统设计的前提。该文针对火箭基组合循环动力(RBCC)推进方式,并以"地面起飞—巡航—滑翔着陆"的高超音速飞行器为研究对象,采用理论分析的方法建立了燃料消耗的计算模型,并提出一种以最小燃料消耗为目标的多参数优化方法。周期跳跃式巡航飞行器燃料消耗的研究结果表明:随着巡航初速度、爬升段航迹倾角、巡航轨迹角的增加,燃料消耗量增加;随着飞行动压的增加,燃料消耗量先减小后阶跃式增加。优化分析结果表明:对于起飞质量100t、2h全球到达的RBCC组合动力高超音速飞行器,在升阻比为4时巡航跳跃周期数为46,最小燃料消耗量约为32t。研究结果表明该燃料消耗分析方法合理、可行,为高超音速飞行器及组合循环动力推进系统的工程设计提供了依据。

组合循环推进系统——航空喷气公司关于高超声速飞行器的新方案

提出了组合循环推进系统的技术需求,介绍了组合循环发动机结构,阐述了这类推进系统必须解决的问题,以及航空喷气公司的几种可能的解决方案。

RBCC动力飞行器等动压爬升方法

为了保证RBCC发动机稳定工作在一个最优或稳定状态,RBCC动力飞行器上升段常采用等动压爬升方法。推导了实现等动压爬升的高度与速度的代数方程,由该代数方程建立等动压参考曲线,基于反馈线性化方法,推导了等动压参考曲线的跟踪制导律,从而实现了等动压爬升轨迹的设计与制导。此外,该方法也可容易地实现满足各种爬升规律的轨迹设计与制导。仿真结果表明,该方法可精确完成RBCC动力飞行器的等动压爬升和非等动压爬升,能为吸气式空天飞行器的上升轨迹提供一种设计方法和制导方法。

低速条件下引射火箭实验研究

开展了火箭基组合循环推进在引射阶段的实验系统设计。实验系统包括以支板为特征结构形式的引射火箭试验发动机、自由射流气路系统、燃料喷注系统和压强推力数据采集系统。以固体火箭发动机作为燃气发生器 ,成功的进行了静态海平面零马赫状态下引射模态实验 ,获得了相关实验数据。同时 ,对相应的几何结构做了数值模拟 ,数值计算结果与实验结果基本吻合。

协同吸气式火箭发动机研究进展

协同吸气式火箭发动机(SABRE),因能充分利用大气层内的空气,具备良好的经济和技术可行性,是Skylon空天飞机的最佳动力方案。作为一款将吸气式与火箭式发动机高度集成的组合循环推进装置,SABRE在内部结构、热力循环及燃料利用等方面都有其独到之处。首先介绍了SABRE结构和工作循环过程,简述和归纳了氧化剂冷却燃烧室、推力补偿喷管、进气道和液氢燃料等关键技术;然后对发动机核心热交换技术,尤其是极具创新的预冷器的设计与制造作了详细分析;最后,总结了SABRE最新研究成果并对我国开展相关研究工作进行了展望。

美国高超声速技术飞行器

介绍了美国正在开展的"猎鹰"计划及该计划的目标、组成和各组成部分的任务目标。重点介绍了该计划下研制的高超声速技术飞行器(HTV)。此外,还对HTV所涉及的关键技术进行了总结。

美国高超声速巡航飞行器研发进展

本文介绍了美国为研制高超声速巡航飞行器而开展的"猎鹰"计划的最新进展,探讨了实现高超声速巡航所需演示验证的关键技术,阐述了基于涡轮喷气的组合循环推进技术的概念和试验研究情况。

一种Ma0～4 TBCC进气道气动设计及性能分析

从TBCC推进系统总体性能需求出发,给出了TBCC进气道捕获面积以及模态转换马赫数确定过程。在此基础上开展基于平动式模态转换装置的马赫数0～4内并联TBCC进气道气动方案设计,给出了进气道单自由度几何调节机构方案及其几何调节规律。通过对涡轮通道典型几何参数的规律化研究,结果表明:方转圆段几何长度、中心点ym值以及面积变化规律对进气道出口总压恢复系数及马赫数影响较小,对进气道出口流场的均匀度影响较大;就研究的进气道而言,选取方转圆段几何长度为3m,中心控制点ym=1.5,沿程截面面积变化规律为"先急后缓"的设计较为适宜;Ma=4.0时,设计的TBCC变几何进气道总压恢复系数为0.45,Ma=2.2时,总压恢复系数和畸变分别为0.79和0.15。

美国建立国家高超声速中心

介绍了美国新成立的3个国家高超声速中心———组合循环推进中心、材料与结构科学研究中心、层流-湍流转捩研究中心的成员组成和主要研究方向。

国外可重复使用高超声速飞行器动力技术发展态势分析

介绍了国外组合循环推进技术的发展动态,分析了英国佩刀发动机的工程应用前景、美国2017年新启的涡轮基组合循环(TBCC)发动机项目的新特点。从组合循环推进系统关键组成单元的维度,揭示了大尺寸超燃冲压发动机的发展以及爆震发动机的突破将成为组合循环推进技术发展的重要保障。介绍了澳大利亚正在发展的基于可重复使用火箭和超燃冲压发动机的三级推进方案,并剖析了现有发展态势背后的国家发展战略影响因素。