火箭基组合推进研究现状与前景

对国内外火箭基组合推进系统(RBCC)的研究动态和进展情况进行了总结,阐述了不同时期火箭基组合推进研究计划的重点和所取得的研究成果。分析了火箭基组合推进系统涉及的多项关键技术及其研究进展。论述了火箭基组合推进在两级入轨可重复使用天地往返系统、临近空间及空天飞行器和单级入轨方面的应用前景,并对国内这方面的研究提出了建议。

国外高超声速组合推进技术概述

推进技术是高超声速武器的核心技术,以超燃冲压发动机为基础的高超声速组合推进技术是高超声速武器的首选动力方案。本文介绍了几种以超燃冲压发动机为基础的组合推进方案,并简要介绍了美国、日本以及印度的技术发展现状。

船体与组合推进器水动力相互干扰特征的模型试验及推力减额特性的评估分析

以船体、导管和前置定子及转子组成的系统的推力减额特性为研究对象,基于因子分析理论,提出了该三因子系统的水动力相互干扰分析模型,导出了诸因子之间相互影响的求解公式,并采用分解试验方法实现了所有效应的准确测定。分析研究了系统推力减额的两种不同处理方式,建立了相应的评价指标体系。通过对两个特定方案的评估分析,推荐采用k2和t2作为系统推力减额性能优劣的综合评价指标,并建议采取以减小Rr/H和Rr/SD为主要方向的优化策略。

火箭／冲压组合推进巡航飞行器有效载荷质量分析

针对火箭/冲压组合推进的临近空间巡航飞行器,采用"自上而下"的质量分析方法,对飞行器质量进行了合理分解,建立了飞行器有效载荷质量分析模型。以起飞质量3 000 kg、航程1 500 km作为总体设计要求,分别针对挤压式/泵压式供应方案、液氢/JP-10燃料、飞行器推重比以及航程等因素对有效载荷质量的影响作用进行了研究,并建立了有效载荷质量和推进系统质量对飞行器航程的响应面模型。研究结果表明,采用挤压式方案供应JP-10燃料时,飞行器可携带313 kg有效载荷;无论采用何种方案供应液氢燃料,飞行器的有效载荷均为0;以JP-10为燃料,不携带有效载荷的极限航程为2 270 km;为了保证较低的推进剂质量消耗,飞行器爬升段推重比应当不低于1.2。

船体与组合推进器系统推力减额特性设计主参数和优化策略研究

在文献[1]的基础上,提出了评价船后组合推进器推力减额特性的4个指标:整体推力减额效率(1-t1)、转子推力减额效率(1-t2)、组合推进器推力比τ和导管定子阻力比γ。利用CSSRC现存试验数据运用简单对比和统计分析方法,给出了诸设计参数对这些指标影响的显著性和规律性。推荐采用受控于全部主参数的指标(1-t2)作为船体与组合推进器相互干扰特性优化的总目标,提出了用部分主参数控制的对应分目标优化和迭代来实现总目标优化的简明策略。实例计算表明,优化设计船体尾型主参数LRD、CPR和推进器主参数ex/AP的搭配,可大幅度提高船后组合推进器的推力减额效率。

高低燃温组合推进剂下喷管喉衬烧蚀实验

主要针对喷管进行高低燃温组合推进剂与纯高燃温推进剂下的喉衬烧蚀实验分析,低燃温推进剂为丁羟低温推进剂和SCH-12低温推进剂。实验研究表明,丁羟低温推进剂和高温推进剂组合推进剂的烧蚀率为0.112 mm/s,SCH-12低温推进剂和高温推进剂为0.115 mm/s,纯高燃温推进剂的烧蚀率为0.133 mm/s,证明了高低燃温组合推进剂降低喉衬烧蚀的有效性与可行性。分析了然后对不同含量低燃温推进剂对比冲性能的影响,结果显示,使用比冲下降小、燃温低的推进剂能有效降低喉衬烧蚀,并对发动机比冲影响较小。

涡轮冲压组合推进技术发展及其临近空间应用

简要介绍了涡轮冲压组合推进技术的基本原理,叙述了涡轮冲压组合推进技术的发展,探讨了该技术作为临近空间飞行器推进装置的应用。

组合推进剂下凝相燃烧产物对喷管壁面温度的影响

为研究高低燃温组合推进剂凝相产物对喷管壁面温度的影响,设计了不同低燃温推进剂含量及燃烧产物粒径的对比工况。研究结果表明,低燃温推进剂燃气有效降低了壁面温度及减少粒子对壁面的碰撞,两者对壁面温降作用相当。同时开展了组合推进剂下喷管外壁面温度测试试验,低燃温推进剂含量为6.8%时,喷管外壁面最高温度下降40.5%。最后开展了流固耦合计算,获得了喷管外壁面温度随时间的变化,计算结果与试验数据基本一致。

高低燃温组合推进剂下喷管壁面温度边界层影响规律

为了获得高低燃温组合推进剂下喷管温度边界层的影响规律,建立了四个物理模型,通过使用不同的低燃温推进剂、不同的质量分数来分析低燃温燃气对喷管温度边界层的影响。结果显示,在靠近喷管喉衬位置喷入低燃温燃气时,仅需少量低燃温推进剂就能很好的降低喷管表面边界层的温度;而在远离喷管喉衬部位时,即使使用较大的质量分数,喷管边界层的降温效果也不明显。喷管温度边界层的降低受低燃温燃气温度、质量分数、低燃温燃气进口位置以及进口直径影响。

激光与电磁组合推进中能量对推进性能的影响

为了研究激光能量和电能量对激光与电磁组合推进性能的影响,本文建立了激光与电磁组合推进实验系统。以聚四氟乙烯(PTFE)为工质分别研究了激光烧蚀推进、脉冲等离子体电推进以及激光与电磁组合推进系统的推进性能。在不同的激光能量和电能量下,对比冲量耦合系数、比冲、推进效率和等离子体飞行速度,研究激光与电磁组合推进模式下的最优激光能量和电能量。研究结果表明:随着激光能量的增加,激光与电磁组合推进的推进性能均先增大后减小,在最优激光烧蚀冲量耦合系数附近达到激光能量的最优值;电能增加能够提高激光与电磁组合推进的冲量、比冲和推进效率和等离子体飞行速度,对冲量耦合系数的影响不大。

采用组合推进模式的单级入轨运载器有效载荷比

本文概述了单级入轨运载器在采用单推进模式和组合推进模式情况下有效载荷和速度增量之间的关系。给出了性能比较和不同工况下的一些情况。

国外组合推进技术研究现状

组合推进技术在天地往返系统、临近空间超声速平台、高超声速打击和运输平台等方面有着重要应用。简要介绍了组合推进技术的技术特点,对国外组合推进技术的研究进展进行了总结概述。

组合式推进器干扰特性敞水试验评估分析新方法研究

以由导管、前置定子和转子构成的组合推进器敞水性能为研究对象,运用因子分析理论和分解试验方法,分析并建立了组合推进器各部件水动力相互干扰特征和敞水效率的表达与测量方法。针对CSSRC若干现存试验方案的试验数据,采用回归分析和方差分析方法,分析并建立了各种敞水性能评价指标与设计参数之间的相关关系,明确了对转子敞水效率有显著影响的设计参数仅仅是其负荷系数,而对相互干扰综合评价指标影响显著的仅仅是三个几何参数:导管出口面积比、前置定子特征安装角和转子特征螺距角。对典型情况下的敏感度和极值进行了分析,最终推荐该类组合推进器敞水性能的主参数优化策略为:先优化各部件的推力负荷分配,再优化部件之间的相互干扰特性。计算结果表明,与单独螺旋桨推进器相比,在同样的推力负荷下,干扰特性优化可使组合推进器敞水效率大幅度地提高。

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。

桨舵组合式节能推进器设计及水动力性能验证

为减小螺旋桨尾流能量耗散,提高桨舵系统的推进效率,开展桨舵组合式推进器设计研究。首先,基于适伴流设计思想结合面元法编制最大阻力减额的扭曲舵设计程序,获得桨后舵不同展向位置的扭曲角度,并通过与一前端削平的舵球及桨毂光顺连接形成桨舵组合式推进器的设计方案。然后,采用数值仿真分析获得均匀流场中桨舵组合式推进器的水动力性能、压力分布与流场特性等细节,初步验证设计方案的合理性。最后,开展船后桨舵组合式推进器的水动力性能试验,获得不同航速下螺旋桨和舵的水动力性能。试验结果表明,桨舵组合式推进器较原型桨舵推进器的效率在全航速段均有一定程度的提升,在设计工况点提升值达2.7%,证明设计方法正确,设计方案合理可行。

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。

低温液体火箭发动机重复使用技术分析

为降低一次性运载火箭发射成本,宇航界一直在致力于研制像飞机一样可以多次自由进出太空的重复使用运载器。占全箭成本三分之一的发动机,是重复使用运载器研究的重要部分。在已获得的研究成果基础上,分析国内外重复使用技术发展特点,指出液体火箭发动机是近期实现运载器重复使用的现实动力方案,并据此初步确立发动机重复使用技术指标体系和推进剂组合,提出发动机重复使用关键技术。