RBCC發(fā)動機(jī)性能快速分析方法改進(jìn)和驗(yàn)證①

張時空，劉佩進(jìn)，呂 翔，秦 飛，潘科瑋，湯 祥

(西北工業(yè)大學(xué)燃燒、熱結(jié)構(gòu)與內(nèi)流場重點(diǎn)試驗(yàn)室，西安 710072)

0 引言

火箭基組合循環(huán)(Rocket Based Combined Cycle，RBCC)動力系統(tǒng)，在不同的飛行馬赫數(shù)下啟用不同的工作模態(tài)(引射/亞燃/超燃/火箭)，可同時滿足高超聲速加速、巡航和空天運(yùn)輸?shù)囊螅芸赡馨l(fā)展成為下一代雙級入軌、可重復(fù)使用航天器以及高超聲速導(dǎo)彈武器的動力系統(tǒng)，成為各國的研究熱點(diǎn)［1－4］。RBCC發(fā)動機(jī)燃燒室內(nèi)部工作過程極為復(fù)雜，對發(fā)動機(jī)進(jìn)行概念設(shè)計、性能預(yù)示、構(gòu)型優(yōu)化時，使用一維理論分析的方法，可極大節(jié)省時間、成本。迄今為止，美國、日本、俄羅斯、歐共體等國家紛紛開展了RBCC的研究工作。其中，美國起步最早，研究水平也最高。國內(nèi)，西北工業(yè)大學(xué)、航天三院31所、國防科大等單位，對火箭基組合推進(jìn)開展了大量研究，取得了較大成果;同時，也針對超燃沖壓發(fā)動機(jī)的一維分析模型，進(jìn)行了一系列研究工作［5－10］。

綜觀國內(nèi)外大多數(shù)一維性能分析軟件，僅能計算超燃沖壓發(fā)動機(jī)或雙模態(tài)沖壓發(fā)動機(jī)性能，目前已知的除美國開發(fā)的SCCREAM性能分析模型之外，國外很少有針對RBCC全模態(tài)(引射/亞燃/超燃/火箭)的計算模型。國內(nèi)外的性能分析軟件，大多采用常微分方程，由發(fā)動機(jī)入口沿流動方向步進(jìn)求解——實(shí)際上在引射和亞燃模態(tài)下，燃燒室內(nèi)存在大量的亞聲速區(qū)域，從特征線理論來看，這種求解方法不適用;同時，該方法無法求解出引射模態(tài)下的空氣引射量，也無法考慮到出口反壓對發(fā)動機(jī)內(nèi)部流場的影響。……