渦輪增壓固體沖壓發動機熱力循環分析①

莫 然，劉佩進，劉 洋，楊 颯

(西北工業大學燃燒、熱結構與內流場重點實驗室，西安 710072)

符號說明:T 靜溫，K p 靜壓，Pa π 壓比ω0 比循環功，J/kg ηt 熱效率κ 定熵指數Rg 氣體常數，J/(kg K)cp 比定壓熱容，J/(kg K)L 功率，J m· 質量流量，kg/s上標’ 實際參數下標及主要截面符號0 來流空氣1 壓氣機出口2 補燃室出口3 噴管出口4 驅渦推進劑初始狀態5 驅渦燃氣發生器出口6 渦輪出口7 富燃推進劑初始狀態8 富燃燃氣燃燒室出口9 富燃燃氣發生器出口l進氣道N 噴管C 壓氣機T 渦輪V 富燃燃氣發生器噴管air 空氣gas 驅渦燃氣pro 富燃燃氣

0 引言

現代軍事技術的發展，使寬包線、高性能、大機動、低成本的武器系統成為各國軍工部門的研制對象和追逐目標。傳統單一形式的動力系統在滿足其等要求方面出現困難。因此，將優勢互補的2種或2種以上動力系統進行集成，成為了重要思路。

固體火箭沖壓發動機(Solid Propellant Ramjet，SPR)以其結構簡單、高速(Ma＞2)時比沖性能好等優點，受到了廣大科研單位的高度關注［1］，但固體沖壓發動機存在低速時推力小、不能自起動、對狀態參數的變化敏感、穩定工作范圍窄等缺點［1－3］。

空氣渦輪火箭發動機(Air Turbo-Rocket，ATR)的工作原理:渦輪靠上游單獨的燃氣發生器產生的高壓、富燃料燃氣驅動，給壓氣機提供動力，增加進氣流的壓力。富燃料燃氣驅動渦輪后與壓氣機壓入的空氣相混合，在燃燒室中完全燃燒，經噴管排出而產生推力［4］。ATR能在寬的速度、高度范圍內工作，具有自加速到Ma=2的能力;但ATR的渦輪材料不耐高溫，若使用高熱值的硼基推進劑，硼能從燃氣發生器中以固體顆粒或熔化液滴形式析出，腐蝕渦輪葉片或堵塞渦輪，使渦輪性能降低［5］。……