固體超燃沖壓發(fā)動機燃燒模態(tài)轉換研究①

趙李北,夏智勛,馬立坤,陳斌斌,馮運超,李潮隆,楊鵬年,劉延東

(國防科技大學 空天科學學院,長沙 410073)

0 引言

隨著高超聲速飛行器技術發(fā)展,對超燃沖壓發(fā)動機的寬包絡實用需求愈加迫切[1-2],提出寬速域超燃沖壓發(fā)動機概念[3]。寬速域超燃沖壓發(fā)動機在較大的飛行馬赫數(shù)范圍內(nèi)穩(wěn)定工作,兼具亞燃沖壓發(fā)動機和超燃沖壓發(fā)動機的優(yōu)勢,在復雜多變的飛行工況下會發(fā)生燃燒模態(tài)的轉換。當前實現(xiàn)發(fā)動機燃燒模態(tài)轉換主要有熱力調(diào)節(jié)和幾何調(diào)節(jié)兩種途徑,即在超燃沖壓發(fā)動機結構基礎上,通過熱力調(diào)節(jié)方式,實現(xiàn)燃燒室內(nèi)釋熱分布的變化;或調(diào)節(jié)燃燒室構型,實現(xiàn)燃燒模態(tài)轉換[4],以匹配寬速域飛行條件下空氣來流參數(shù)的劇烈變化,從而提升超燃沖壓發(fā)動機在寬速域飛行工況下的工作性能。

1989年,WITT[5]首次證實固體燃料能夠在超聲速氣流中燃燒。隨后,逐漸發(fā)展了固體燃料超燃沖壓發(fā)動機和雙燃燒室固體超燃沖壓發(fā)動機[6-10]。由于在壁面貼藥式燃燒室構型方面難以獲得突破,并且存在空燃比難以調(diào)節(jié)、燃燒型面難控制的問題,使其發(fā)展受到限制。針對上述技術問題,夏智勛和呂仲等[11-13]提出固體火箭超燃沖壓發(fā)動機技術方案,并通過試驗驗證了其可行性。之后,趙翔、劉仔等針對此技術方案開展大量研究,并取得了一系列成果[14-18]。呂仲等[13]認為氣固兩相富燃燃氣與空氣的摻混效率是制約發(fā)動機性能的重要因素。李潮隆等[19-20]采用不同類型的固體推進劑、燃燒室擾流結構開展試驗和數(shù)值研究嗎,研究表明,采用凹腔和支板組合裝置的發(fā)動機燃燒效率可達0.7,總燃燒效率取決于推進劑中含能顆粒的燃燒效率。……