吸气式全速域组合发动机总体性能以及流道匹配约束关系研究

摘要

吸气式组合动力系统是未来可重复使用的高超声速飞行器的最佳动力方案,全速域组合发动机的总体参数以及流道匹配特性研究对发动机的总体方案论证研究十分重要.组合发动机的流道匹配包含发动机在宽域运行时的部件的流通面积匹配以及两流道的长度匹配,受到组合发动机的流道方案的影响.通过集总参数法确定涡轮冲压发动机在宽域条件下部件的工作热力参数以及比冲等性能参数,针对飞行器的需求以及发动机的宽域(Ma0～6+)工作的特性确定发动机的部件流通面积匹配规律,包括进气道设计面积以及其他部件的流通面积变化规律;针对冲压发动机流道,进行流道设计的几何长度约束研究,建立冲压发动机在工作边界约束、热防护约束以及几何约束等条件下的各部件的最大许用长度,确定发动机的各部件的长度约束.针对典型的TBCC方案进行发动机的流道长度匹配研究,再冲压发动机的隔离段以及燃烧室的长度约束下,获取最大的涡轮通道可用长度,可以指导涡轮通道的参数设计.针对涡轮通道和冲压通道的匹配问题,提出采用超声速增压的全速域发动机方案,能够大大减小发动机的长度,满足高低速通道的长度匹配需求,并且低马赫数下两通道能够同时工作,提高了组合发动机的推力.