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1、遨巴壁砰一,一一一国外新概念吸气式发动机的发展北京航空航天大学能源与动力工程学院刘火星刘宝杰陈恐章以航空发动机为代表的吸气式发动机已取得了巨大的成就,有些新概念航空发动机已进入初步应用阶段,并呈现出和常规发动机相结合的态势。这种相互融合的发展趋势是今后新概念航空发动机应用的主要方向之一有两条不 同的航空航天推进途径,即吸气式推进和火箭推进,它们分别对应于吸空气发动机和火箭喷气发动机。吸空气发动机简称吸气式发动机,它必须从大气中吸进空气作为燃料的氧化剂助燃剂,所以不能到稠密大气层之外的空间工作,只能作为航空器的发动机,一般所说的航空发动机即指这类发动机。根据吸气式发动机工作原理的不同,吸气式发动
2、机又分为活塞式发动机、燃气涡轮发动机和冲压喷气式发动机等。火箭喷气发动机是一种不依赖空气工作的发动机,由于航天器需要飞到大气层外,所以必须安装这种发动机,它也可用作航空器的助推动力。经过一个多世纪的发展,吸气式发动机已取得了辉煌的成绩。航空发动机在经历了活塞式发动机主宰航空动力,喷气式发动机带来革命性的飞跃,四代喷气战斗机动力的大幅度进步,大涵道比涡扇发动机带来民航飞机越洋飞行等发展阶段后,已进入了更多地考虑人们对安全性、环保和经济性等方面要求的阶段。同时,一系列新概念发动机正在向人们走来 高超音速发动机、脉冲爆震发动机、微尺度发动机、冲压转子发动机等建立在新观念、新思路、新技术和新材料基础上
3、的新型发动机发展迅速,有些已取得重大进展。这些新概念发动机将是人类征服空间和时间的更有力的武器,也必将引领吸气式发动机走向广阔的未来。世纪民用航空推进技术世纪年代的客机所用的发动机和当前的巨型客机所用的发动机对比表,可以直观地体会到民肮推进技术的发展成就。采用 了当时最先进的喷气发动机,即双转子涡喷发动机选用的动力之一是和共同研制的系列大涵道比双转子涡扇发动机。两种发动机在寿命、可靠性、污染物排放和噪音等方面都有很大的差异。在未来一二十年内,民航推进技术将跨上几个新台阶,进而发生质的飞跃。下文分别介绍在未来二三十年中有可能应用的革新技术,以展示燃气涡轮发动机的进一步发展。抑制噪声技术发动机的噪
4、声主要有风扇压气机噪声、涡轮和燃烧噪声及喷气噪声。民用高涵道比发动机的噪声主要表发动机和发动机性能比较航空制造技术年第期一一一一一一一一一哑绍靶整皇尾缘吹气式风扇转子的空心叶片来 自风扇。目前,降低民用发动机风扇噪声采用的技术有提高涵道比,使发动机的排气速度降低降低叶尖切线速度、选择合适的转子叶片数目和合适的间距 采用吸声衬垫和长的整流罩对转风扇技术采用流动控制降噪技术等。另一个抑制噪声的技术是主动控制技术,该技术如果在与固定和旋转部件间的干扰相对应的特有频率下使用将非常有效。上 图是一种利用尾缘吹气来降低风扇噪声的叶片,可大大减少转子一静子 间的干扰,并可降低宽带噪声。附面层抽吸技术抽吸能够
5、有效提高附面层抵抗逆压梯度的能力,这项技术最近被麻省理工学院用于研制超高级压比的风扇和压气机。实施的超高效发动机技术计划中也有在转子叶片表面的分离位置吹除附面层的空气的吸气技术。也在研究采用附面层吹吸技术来减少附面层的厚度。氮氛化物污染排放控制技术排放量降低是民用发动机的重要性能指标。同美国航空发动机工业 界合作开发一些燃烧技术,以便在没有增加其他排气成分、烟和未燃的碳氢化合物的基础上使飞机着陆和起飞期 间的排放量较年标准减少,并使飞机巡航飞行期间的排放量达到相 当低的水平。目前,公司正在发 展双环腔的预 旋转燃烧室技术,以使污染排放比目前的标准低。公司用空间计划发展的技术改进燃烧室的结构。为
6、提高耐热能力,燃烧室壁将采用陶瓷基复合材料。普惠公司正在进行与众不同的减少污染物的研究,减少燃油空气在燃烧室中的停留时间。罗罗公司发展的“第五阶段”燃烧室使排放比年的标准低一。目前,国外正在研究其他的低污染燃烧室,包括分级燃烧室、贫油预混合预蒸发燃烧室和富油燃烧快速掺混贫油燃烧室、变几何燃烧室等。推进系统结构形式的革新分布式发动机分布式发动机包括在飞机机翼或机身上安装的小型或微型发动机,或者嵌入飞机表面进行流量 环流控制并提供推力的超微型发动机。这种发动机的优点是用小型到微型发动机的分布式推进系统吸取附面层,可使飞机的总燃料消耗减少一之多用超微型发动机给低动量附面层流动充能的混合系统可进一步获
7、得性能方面的好处超微型发动机可提供分布式推进并具有更高推重比的潜力 分布式发动机将使多种性能更好、运行效率更高的有吸引力的飞机机体结构成为可能 更大的发动机生产率、更低的研制成本和更短的研 制周期以 及取消 机上 发动机维修的外场可更换件,可使 寿命期 成本降低发动机裕度和半裕 度推进控制将 提 高飞机的安全性机体结构的两用可 大大减轻总 系统的重量,采用分散布置 的 发动 机 可大 大减少总系统的噪声。同一核心机 多风扇推进共用核心机多风扇推进器要求用一个中心发动机核心机驱动多个推力风扇。这种结构的优点是使超高涵道比发动机的推进效率更高,无需为适应一个单独的大型涡扇发动机而对飞机机体做根本的
8、改变。巨型客机推进方案未来的巨型客机可能采用高效翼型,如翼身融合体,机翼横截面变得非常大,由机翼上分布的许多台发动机提供动力。脉冲爆震 发动机日脉冲爆震发动机技术是目前航空推进领域的发展热点之一,它可使发动机的效率提高,生产成本降低,并有使燃油消耗降低及单位推力提高的潜力。另外,运动零件的数目可大大减少。目前,国外正在研究脉冲爆震混合推进技术,即利用取代民用超音速运输机的加 力燃烧室,或者作为与普通燃气涡轮发动机部件相连的燃烧室。美国普惠公司已对一种飞行尺寸的导弹用进行了试验,单管的爆震频率已达到,并产生 了的推力。公司采用液体燃料的产生 了超过的推力。燃油基本结构和新能源新动力革新燃料 电池
9、是一种不经过燃烧,将氢直接转化为电能和热量的电化学设备,燃料电池的效率达到内燃发动机的两倍以上。燃料电池也是绿色的发动机,因为它以氢为能源,排气中只有水。世纪的航空推进将从今天的依靠化学燃烧的能源逐渐转向一个采用混合能源的系统,最后将转向大部分依赖干电化学能源。向绿色发动机过渡的第一步是实验性地发展以燃料电池为动力的无人机和通用飞机。美年第期航空制造技术遨恩璧沙一一一一一一一一一国波音公司计划在飞机上验证一种基于燃料电池的辅助动力装置,并可能在年以后在民用飞机上采用。同时发展的还有基于固态氧化物燃料电池的先进的。波音公司预计,这种电池可使效率提高。间冷回热技术目前,由欧洲多国参与的间冷回热航空
10、发动机正在发展中。的概念可使发动机的热效率达到最大,通过采用一个热交换器或回热器改进热力循环特性,减少氮氧化物的排放。一个收集器、分离器和管道的系统将提供热交换器压缩空气,然后将其送回到燃烧室的进口。该计划将使压气机的空 气温升提高。结合齿轮传动的风扇,概念与当代的涡扇发动机相 比最多可少产生的氮氧化物,噪声可降低,燃料消耗和排放最多可减少。预计到年,发动机将进行飞行试验,年左右可获得实际应用。世纪军用航空推进技术年来,军用航空发动机一直引领着航空推进技术的发展。民用航空推进技术主要追求的是经济性和安全性,而军用航空推进技术主要追求的则是在保证可靠性的条件下达到高的推重比。第四代发动机的推重比
11、已达到的水平。表为军用喷气发动机第一代和第四代性能对比。新一代军用发动机上将采用的新技术主要有表第一代与第四代军用喷气发动机性能比较压气机有粘全三维设计分析技术整体叶盘风扇浮动壁燃烧室多斜孔冷却结构,第三代单晶涡轮叶片二元矢量喷管复合倾斜涡轮叶片。值得一提的还有一侦察机,能够在的高空以人殆飞行,它不但突破了音障,更突破了热障。其机身材料很特别,几乎全是高温钦合金。一侦察机采用的是涡喷一冲压组合式发动机,随着飞行高度和速度的增加,其工作模式 由涡喷向组合方式过渡,所以发动机进气道和尾喷口都是特殊设计的。高的气动负荷,高的工作温度,剧烈变化的工作环境,使得发动机的设计、研制、试验和控制等方面,遇到
12、 了一系列的问题。这是变循环发动机的独特之处。军用发动机上将采用的一些新技术航空制造技术年第期高超音速推进技术高超音速推进技术是指用于高超音速飞行器的动力系统技术,主要包括超燃冲压发动机技术和脉冲爆震发动机技术。所谓超燃冲压发动机,就是气流进入燃烧室的速度仍为超音速的冲压发动机。高超音速推进系统是实现高超音速飞行的关键技术。超燃冲压发动机结构简单,重量轻,成本低,比冲高,可用的飞行速度快一,由于可利用大气中的氧气,与火箭发动机相比,有效载荷大大增加,发动机推重比可达 加。它可作为高超音速巡航导弹、高超音速航空器、跨大气层飞行器、可重复使用的空间发射器和单级入轨空天飞机的动力装置。高超音速推进
13、的空天飞机有很多重要用途,它首先可以替代航天飞机,大大降低太空活动的成本,使得天地往返商业化,其次,它可以在内到达全球封面文章的任何角落,用于民用可以大大缩短旅行时间,用于军用可以实现全球高速机动和打击,从而演化出天空一体作战的新模式。高超音速巡航导弹在美国高超音速计划中起到决定性的作用。如果能够以白一的速度巡航,就能够在左右的时间命中千里之外的目标,这对于包括机动导弹部队在内的敌方来说无疑是致命的打击此外,高速末端打击可以轻松突防当前最先进的防空系统,从而对飞机、航舰、战术导弹防御系统和国家导弹防御系统都形成致命威胁。因此,发展高超音速导弹是俄罗斯对抗美国国家导弹防御系统的杀手铜。常规涡轮喷
14、气发动机和火箭发动机都难以在大气层中持续高超音速飞行协尸怕,因此高超音速飞行需要发展新的强大动力。,超燃冲压发动机的发展历程目前,在世界范围内,包括美国、俄罗斯、法国、澳大利亚、日本、德国和我国在内的多个国家正在开展超燃冲压发动机的研究工作。其中,美国投入最大,研究也最系统,已取得了突破性进展。美国研发概况。第一阶段一年年,研制了第一个试验件,并在超音速风洞中进行 了试验。从世纪年代起,美国为研究先后实施 了个主要项目,有个主要机构参与了研究,先后有个模型进行了试验。从年开始研究超燃冲压发动机,目标是有人驾驶飞行器和单级入轨飞行器的动力。第二阶段一年第一阶段的研究以整机发动机研制为主,随着研究
15、的深入,这类研究暴露出两个难以解决的问题,一是若要进行高超音速带飞试验,这类发动机的整机尺寸对高超音速飞机来讲太大了 二是飞机和发动机的地面模拟试验需要超过现有任何尺寸的高超音速风洞。此外,研究从氢燃料转向碳氢燃料,导致发动机的研制进展不是很顺利。这些因素使得人们认识到高超音速飞机和发动机必须紧凑地融合在一起,因此美国第二阶段研究的超燃发动机是矩形截面的。第三阶段一年美国第三阶段的研究,以空天飞机项目为契机,重点研究实用化的超燃发动机。第四阶段年至今年,美国在历时年、耗资亿美元的国家空天飞机计划被终止之后,又开始实施投资亿美元的高超音速飞行器试验计划一,研究用于高超音速飞行器江至目为和其他可重
16、复使用的天地往返系统的超燃冲压发动机与一体化设计技术。为保持高超音速技术的持续发展,计划从年开始实施适度的一后继计划。新计划将进行基础性的技术研究,发展新的可变几何、能在更大刁范围工作的超燃冲压发动机。还将重点发展重量更轻、耐高温性能更好的发动机新材料。年,美国空军开始实施高超音速技术计划,目标是验证能够在白一范围飞行、射程的高超音速导弹用液体碳氢燃料双模超燃冲压发动机的适用性、性能和结构耐久性。年,该计划完成了世界首台飞行重量的碳氢燃料超燃冲压发动机的地面试验。地面验证发动机一进行了人抽和儿 角的试验,下一步将发展采用完全一体化燃油系统的一验证机。年将开始一的首次全尺寸试验。年夏天,一种利用
17、一改型的发动机将开始人抽一的自由飞行试验,超燃发动机的工作时间为一。如果成功,接下来将在一个月后再进行两次飞行试验。该计划于年结束,一巧年,高超音速空对地巡航导弹将初步具备作战能力。其他国家研发概况。俄罗斯从年代开始研究超燃冲压发动机,目标是人 夕自一的民用运输机、单级入轨航天飞机和高超音速巡航导弹。俄罗斯中央航空发动机研究院是超燃冲压发动机的权威研究单位,世纪年代,该研究院与中央空气流体动力研究所等单位合作进行了“冷”高超音速技术发展计划,主要研究试验用矩形和轴对称双模态超燃冲压发动机。一年,共进行了 次超燃冲压发动机的验证性飞行试验,最高飞行白为,发动机使用的是氢燃料。其中第、次与法国合作
18、,第、次与美国合作。据称第次是最成功的,获得的数据最全。目前,该研究院正在进行速度为自一的高超音速飞行器用超燃冲压发动机的技术研究,应用目标是军民用高超音速飞行器。目前,该研究院正在研制高超音速有翼飞行器,采用台超燃冲压发动机。该项目还处在基础研究阶段,其缩比模型已进行了风洞试验。法国自世纪年代以来一直未间断过高超音速技术的研究。年,法国政府开始了为期年的国家高超音速研究与 技 术 计划,目的是通过地面试验验证习一的超燃冲压发动机的性能,该发动机的发展目标是单级人轨的航天飞机。“小羚羊”超燃冲压发动机在相当于白的速度下进行了多次试验。燮哭年,法国的武器采购局决定延长妊甲计划,设立了为期 年的普
19、罗米希研究计划,目的是探讨初自一的烃燃料变几何亚燃超燃双模态冲压发动机作为一种空射型导弹的动力的可行性,计划总投资万美元。目前,人妇的超燃冲压发动机试验获得成功,发动机运行了。在超燃冲压发动机技术的发展中,法国年第期航空侧造技术遨酗愿黔民一一一一一一一一一一一一一一一与俄罗斯、德国开展了合作。澳大利亚昆士兰大学从年起领导了一项国际合作的氢燃料超燃冲压发动机飞行试验计划一一计划。年,计划的飞行试验成功实现了超音速燃烧,人抽达到。美国、澳大利亚、德国、韩国、英国和日本参与了该计划。日本从年开始研究超燃冲压发动机技术,已建成可模拟飞行高度、飞行速度白的高超音速 自由射流试验台,进行了大量高几怕的模拟
20、试验。目前,日本制定了以超燃冲压发动机为动力的单级入轨空天飞机计划,这是一种有人驾驶的、可像普通飞机一样起飞和着陆的、可载客人的民用飞机,计划到年结束。超燃冲压发动机的关键技术理论和试验研究表明,燃料在超音速燃烧室中停留时间不足。在这样短的时间内,碳氢燃料的释热效率只能达到,与普通冲压发动机或火箭冲压发动机相比,其燃烧效率是比较低的。下文简要叙述超燃冲压发动机的关键技术。燃料的喷射、掺混、点火。流过超燃冲压发动机的气流速度始终为超音速,空气流过飞行器体内通常只有几的滞留时间,要想在这样短的时间内完成压缩、增压,并与燃料在超音速流动状态下迅速、均匀、稳定地完成低损失、高效率的掺混、点火并燃烧是十
21、分困难的,燃料与空气的掺混好坏直接影响发动机的长度和热负荷。因此,应对发动机尺寸、形状、燃料种类、喷注器设计、燃烧机理等多方面的因素进行综合性理论和试验研究。燃烧室的设计和试验技术。由于来流不均匀,超燃冲压发动机燃烧室的工作非常复杂。因此,燃烧室的设计和试验特别是超音速燃烧过程的研究非常重要。尽管数值模拟技术已发展到了相当高的水平,但这种发动机燃烧室的研究发展仍主要依靠试验。高超音速推进系统研究对试验设备的要求很高,要模拟的气动参数变化范围大,而且,只有有限的试验可在地面进行,大部分问题必须通过飞行试验解决。发动机与机体弹体的一体化设计。超燃冲压发动机的机体发动机的一体化设计是非常复杂的技术,
22、包括气动力一体化、结构设计一体化、燃料供应和冷却系统设计一体化和调节控制设计一体化。耐高温材料和吸热燃料。这两项技术是超燃冲压发动机的基本技术,由于高超音速推进系统极高的热负荷,因此需要选用耐高温的陶 瓷基复合材料、碳碳复合材料,同时 要求燃料在工作过 程中完成 许 多部 件的冷 却任务。低温液氢 是引 人 关注的燃料 和冷却剂,但它的密度太小,需 要 较大的容积。对于导弹来说,由于机动性和长时间储存要求,需要更合适的吸热燃料。法国和俄罗斯是美国之外的冲压和超燃冲压发动机强国,几乎与美国同期就开展了早期研究,并同样论证过空天飞机方案,年代后,俄罗斯和法国开始联合起来进行研究。脉冲爆展发动机脉冲
23、爆震发动机,是一种利用脉冲式爆震波产生推力的新概念发动机,一般由进气道、爆震室、尾喷管、推力壁、爆震触发器、燃料供给和喷射系统及控制系统组成。涡轮喷气发动机、冲压和超燃冲压发动机的热力循环都是等压加热的循环,其效率明显低于等容循环。而在脉冲爆震发动机中,由于燃烧混合物被高能量所激发,燃烧面以爆震波的形式向周围传播,其自达到以上,使得燃烧过程接近于等容燃烧,所以具有很高的热力循环效率。脉冲爆震发动机不需要任何转动附件,所以结构简单,成本低,而且具有很高的推重比。最近脉冲爆震发动机引起了科研人员的高度重视。脉冲爆震发动机最早的文献是年德国发表的研究论文,该工作在二战时期结束。年代,发动机的研究进人
24、实质性阶段,重点研究如何可靠、稳定地激发爆震波,以及论证燃烧室的基本结构形式,这期间的研究以气体碳氢燃料为主。年代以后,脉冲爆震发动机、脉冲爆震火箭发动机进入全面发展阶段,俄罗斯、加拿大、法国、以色列、日本和瑞典等多个国家都开展了这方面的研究工作,美国多家机构参与到该项目的研究上,而且从一些报道可以推测,已进入实用化阶段。预计脉冲爆震发动机将首先应用于导弹、无人机、教练机、战术和侦察机的动力。目前,脉冲爆震发动机已经结束概念验证,进入了样机的发展和试验阶段,预计不久将研制出可供使用的发动机。航空制造技术年第期一一一一一一一一咕靶吧皇过去,美国空军已经用一个压缩机和涡轮进行了的吸入和功率提取试验
25、,验证 了爆震波的保持能力。年的试验是过去试验的继续,他们在一个与涡轮增压器的组合设备上验证了轴功率的提取和自吸入。相比之下,年美国普惠公司的技术研究取得 了巨大成功。目前,该公司的设计正在美国加利福尼亚中国湖的海军航空武器中白进行最后阶段的试验。这个由个爆震管组成的与 个增压的空气供给系统直接相连,该系统模拟了从白的进口压 力和温度条件。尽管目前试验的目的是初步运行和验证的性能,但在这个小的试验型上,每隔点火一次,已经产生 了一一的推力。轮的效率明显降低,所以将设计点的雷诺数选在了左右。由于压气机必须在一个平片上制造,因此对流道扩张的控制只能依靠改变叶型厚度来实现。此外,强烈的传热使得压气机
26、工作不是绝热的,导致在实际工作中远远达不到设计压比这一要求。在的演示验证发动机中,涡轮进口温度为,依靠直接热传导冷却。由于尺寸效应的影响,涡轮的效率也不可能很高,只能在以下。在微尺度发动机中,轴承和转子动力学的问题同样无法避免,而且若采用常规方案,问题很难解决。为解决转子的支撑问题,最后选择了气动悬浮轴承。应用于加力燃烧室方案作为导弹的动力,可以直接使用,作为空天飞机的动力,现已论证出完全采用推进的方案。但是,如果要应用于军用飞机和民航推进,则需要将与涡轮发动机结合起来,这样既利用了的高燃烧效率,又利用 了风扇的高推进效率,从而获得性能更高的混合动力。最先可能应用的是利用替代涡轮风扇发动机的加
27、力燃烧室,理论计算表明,如果发动机的工作频率达到,则发动机的推力和耗油率都可以改善倍。预计在未来年中,能应用于主燃烧室,排放可以减少,旅行成本降低。徽尺度发动机在未来分布式推进中,需要小尺度和微尺度的发动机安装在机翼和机身上。自从年代以来,的教授领导的研究组在微尺度燃气涡轮发动机的研究上取得了很大的进展,其演示验证的发动机直径,高度耳,压气机直径,涡轮直径,压气机叶尖切线速度,转速万,可产生的推力或的功率。随着新材料、新工艺的采用和这项技术的实用化,这样的发动机将能够产生一的功率,耗油率可降到一,虽然只是现在小发动机的耗油率水平,但其推重比将达到,所以这项技术引起了研究人员广泛的兴趣。尺度效应
28、压气机的特征雷诺数下降到左右,因此流动的粘性阻力大大增加,包括盘的摩擦损失。粘性力的增加使得热传导增加倍,尺度的减小导致冷热部件的热隔离和防护都很困难,好处是减小了部件内部的热应力。尺度效应同样会影响发动机材料的选择,当然材料同样受到加工工艺的限制。所以在微尺度发动机中,没有金属材料,也不是现在涡轮发动机研制的高强度陶瓷材料,而是制造芯片的硅材料。实际上,单晶硅的性能要比普通材料高一个量级,但单晶硅的温度特性较差,大大限制 了发动机的性能。微尺度发动机之所以有非常高的推重比,就是因为尺寸效应的影响,但尺寸减少 个量级,既有利又有弊。由于采用的是芯片材料和工艺,所以微尺度发动机是分层的,每个部件
29、为一薄层,这给部件设计带来了全新的问题。尺度效应对压气机性能的影响随着雷诺数的降低,压气机和涡与常规发动机一样,微尺度发动机同样需要启动 电机、燃油泵等附件,同样需要温度、压力传感器控制系统等等。通过微尺度发动机中一些问题的分析和局部结构的展示,可以认识到微尺度发动机虽然在原理上与大尺度燃气涡轮发动机一致,但它确确实实是全新的发动机。由于各种原因,微尺度压气机的效率会明显低于大尺度压气机,目前还达不到。从上面的介绍可以看出,演年第期航空侧遭技术遨恩壁黝坦幽一一一一一一一一一示验证的微尺度发动机还有很大的改飞行速度足够高时才能有很好的性进余地,因此进一步的发展首先是提能。冲压转子发动机是冲压发动
30、机高部件性能,改为常规燃料的燃烧和燃气涡轮发动机的有机结合,集室,提高轴承系统的可靠性,改善冷中了两者的优点,弥补了两者的不热部件间的热隔离,更换高温性能好足,具有明显的技术优势,其主要优的材料等等。点是与大发动机相比,当前试验的微一级冲压转子可达甚至尺度发动机的循环参数还有相当大的更高的压比,而常规轴流压气机需改进余地,特别是其压气机的压比只要一级,所以冲压转子发动机有,远远低于当前一的水平,结构简单,轴向长度短,重量轻,成此外在部件效率上依然有较大的提高本低。空间。由于尺寸效应的存在,微尺度由于常规压气机加功增压要发动机难以达到高效率是必然的,因通过气流在多排叶片中的反复转弯来此采用联合循
31、环的方法提高整个系统实现,流固接触面积大,流动损失大。的效率是一条非常现实的途径。而冲压转子靠超音流滞止增压,不需要多排叶片,所以效率要高得多。据估算,压比达到巧,效率达,可比常规压气机高出个百分点,甚至更多。推力的二元火箭徽尺度发动机及相应的润轮泵由于压缩过程效率高,循环热效率也高得多。压微尺度的燃气涡轮技术还有其他重要用途。这种发动机由可再生冷却的推力喷管、燃烧室、涡轮泵和液压控制阀等主要部件组成,推力室中的压 力可高达,温度达 到,初步的推力室和涡轮泵的试验是非常成功的。该液体火箭发动机的研制,将向人们展示采用结构和溉一工艺的微尺度发动机输出高能量密度是可行的。随着技术的日益成熟和实用化
32、,微尺度发动机将在军用和民用领域获得广泛的应用,并有可能改变人们对燃气涡轮发动机和火箭发动机推进的固有认识。冲压转子发动机技术冲压转子发动机是一种集冲压发动机技术和燃气涡轮发动机技术为一体的新概念发动机。冲压发动机已在高速飞行器上得到较多的应用,其结构简单,推重比大,但不能白行启动,而且只有当比的简单循环的热效率可达,而常规的仅达到一。冲压转子发动机即使安装在地面台架上或低速飞行的飞机上也可以像高速飞行器上的冲压发动机一样高效率地工作。由此可见,冲压转子发动机的出现和技术上的突破,将给发动机带来一场革命性的变革。由于转子的高速旋转运动,转子进口相对叼白将可以达到以上。在常规设计中,如此高的凡
33、夕日将带来极大的损失,使得转子的效率很低,因此冲压转子可行与否,关键是能否让如此高日的来流高效率地减速增压。区别于常规压气机设计,冲压转子将借鉴超音进气道的波系组织方法,从而使转子获得高效率。在美国、国防部和能源部的支持下,公司自年就开始了冲压转子发动机的研究工作,年完成原理验证样机,并成功实现点火试运标年进行了燃油喷射系统短时点火试验年至年,在美国基础应用科学实验室设计并试验 了种系列的驻 涡燃 烧室,。至今所做的研究分析和试验工作表明,这种新概念的发动机是完全可行的。冲压转子发动机的关键技术是原理验证机的热力循环参数选择和优化以及总体结构方案高效率和高压比的冲压转子技术超音气流高效率滞止过
34、程、冲压转子中的波系结构和波系组织优化、喉道面积的选取和喉道后型面设计、边界层控制高速旋转的冲压转子内燃烧的组织转动条件下燃烧室供油气、点火、火焰稳定和气膜冷却技术冲压转子发动机启动问题冲压转子顶部封严问题动态间隙控制技术噪音控制传热控制。结束语纵观吸气式发动机发展的历史,我们不难看到,以航空 发动机为代表的吸气式发动机 已取得 了巨大的成就,从根本上推动着飞机的发展和更新换代。随着新概念发动机的成熟和应用,世纪的航空动力技术必将加速发展,取得更加辉煌的成就。本文介绍的几种新概念航空发动机有些已开始进入初步应用阶段,并呈现 出和常规发动机结合的态势,如将和涡轮发动机结合,这样既利用了的高燃烧效率,又利用了风扇的高推进效率,从而获得性能更高的混合动 力。也可用冲压转子代替压气机,保证发动机在高马赫数条件下有高效率。这种新概念航空发动机和常规发动机相互融合的发展趋势是今后新概念肮空发动机应用的主要方向之一。责编银山肮空制造技术年第期
