万磁王
发表于 2015-12-5 10:47:28
超燃冲压发动机的技术难度，其实很容易理解，都是围绕着其高超音速的使用环境。其远比喷气式发动机恶劣的应用环境下，对结构和材料上的要求极高，所以目前的超燃冲压发动机的工作窗口是极其狭窄的，最大工作使用时间还是以短短的几分钟、百余秒来计量的，如何进一步提高发动机的工作时间便是超燃冲压发动机的下一步研制的重点和难点。图为兰利8英寸高温风洞中的X-43A全比例模型。
万磁王
发表于 2015-12-5 10:47:57
高超音速下气流进入发动机时都是高超音速的，高速气流在发动机内滞留的时间只有几毫秒，而要在如此极短的时间内将燃料与空气充分混合并燃烧，并保证燃烧室不被高速气流熄灭，是十分困难的。因此发动机燃烧室技术的提升，燃料燃烧效率的提高，进一步增加发动机推力同样是下一步的研制重点。图为J58的地面台架测试。
万磁王
发表于 2015-12-5 10:48:32
超燃冲压发动机的工作温度高，对应着就需要耐高温的材料。如图中的涡轮喷气与亚燃组合的J58，发动机结构上的温度也是有着3200华氏度，近1800℃的高温，材料上不仅能够承受住如此高温度的考验、并能在高温条件下保持其性能和较长工作寿命，因此钛合金成为高音速度飞行器上的常见材料。但若想提高超燃冲压发动机的工作时间、达到几分钟以上，发动机的材料同样是要首要解决的技术障碍。
万磁王
发表于 2015-12-5 10:49:08
虽说冲压发动机（特别是超燃冲压发动机）是高超音速飞行器技术体系中的核心关键技术，但由于冲压发动机需要在较高的飞行马赫数下才能起动工作，因此需要与其他类型的动力系统进行组合，解决起飞加速至冲压发动机工作接力点之间的动力问题。在上述的现役的一次性使用的超音速导弹上，是以固体火箭作为加速的助推器，加速至接力点后助推器分离，超燃冲压发动机起动工作实现超音速的巡航飞行。图为04年11月16日，载机NB-52B挂载X-43A与“飞马座”火箭，升空后在13157米的高空，火箭点火发射，达到X-43A的超燃冲压发动机的气动速度，最终冲刺的X-43A达到了9.65或9.68马赫的新纪录。
万磁王
发表于 2015-12-5 10:49:42
但对于多次可重复使用的航天运载器或高超音速飞行器来说，就则需要在飞行器上布置其他动力系统，与冲压发动机构成组合推进系统，实现全飞行包线内的有动力飞行。目前解决这一问题的途径主要可分为两大类：一类是火箭基组合循环发动机推进系统RBCC；另一类是涡轮基组合循环发动机推进系统TBCC。X-51A的SJX-61碳氢燃料超燃冲压发动机，依然离不开火箭的助推。
万磁王
发表于 2015-12-5 10:50:20
但在这种冲压发动机接力点的下限速度上，此前的“亚燃”是在3马赫的区间，而高超音速飞行器动力核心的“超燃”在起始工作的下限速度上是5马赫。所以在涡轮发动机与超燃冲压发动机的TBCC组合循环发动机中，似乎还需要亚燃冲压发动机来弥补。因此，在TBCC涡轮基组合循环发动机中，就要求冲压发动机既具有超燃工作模式，也具有亚燃工作模式时必要的。
万磁王
发表于 2015-12-5 10:50:57
这种亚燃、超燃的组合有两种概念。一种是亚燃/超燃双燃烧室冲压发动机，通过使用不同的燃烧室来实现亚燃/超燃共同工作。在结构原理上是：发动机的进气道分为两部分，一部分引导部分来流进入亚声速燃烧室，另一部分引导其余来流进入超音速燃烧室。亚燃燃烧窒不光用于3马赫区间的飞行，而且还可在4、5马赫阶段为超燃燃烧室点火和维持稳定燃烧。这种方案技术风险小，发展费用较低，但工作马赫数范围也较小，较适合高超音速巡航导弹这类一次性使用的飞行器（比如美国HyFly计划）。
万磁王
发表于 2015-12-5 10:51:26
另一种是亚燃/超燃双模态冲压发动机，应用前景较广并得到了广泛研究。双模态冲压发动机结构机理上是超燃冲压发动机在6马赫以上以正常的超燃状态工作，而当低于6马赫数时，会利用技术在进气道内产生正激波，通过激波让气流减速、减到声速以下，双模冲压发动机的工作模式就变成了“亚燃”。双模态冲压发动机通常能跨4个飞行马赫数工作，比如目前研究较多的是3～7或4～8马赫，并技术发展有着更宽马赫数的工作范围，比如2~12马赫。图为X-51A的超燃冲压发动机在风洞中模拟高超音速环境下的迎面气流。
万磁王
发表于 2015-12-5 10:51:51
通过亚超燃冲压发动机，在TBCC涡轮基循环发动机推进系统中，冲压发动机的启动速度得以进一步下潜，超燃冲压发动机与涡轮喷气式发动机的组合便有了可能，充分发挥这两种发动机的性能优势，从而使得高超音速飞行器具备了跨介质飞行的能力。美国在HTV系列高超音速飞行器的研制上，HTV-3X是重要的节点，乘波体、短翼和垂尾下具备的跑道起降能力，特别是机身下部的2台涡喷-超燃冲压组合的TBCC。
万磁王
发表于 2015-12-5 10:52:40
涡轮基组合循环发动机已有成熟问世的是SR-71“黑鸟”上使用的J58发动机，这也是其创造3马赫以上高速长时间巡航飞行的关键技术。从结构上看，它由涡轮喷气发动机和加力燃烧室/亚燃冲压发动机串联组成。在2马赫以下速度飞行时，主要是涡轮喷气发动机在工作，空气通过涡轮叶片、压气机等进入燃烧室燃烧。当飞行速度上升到3马赫时，大量空气就不经过前端压气机部分，直接进入串联在后部的亚燃冲压发动机，此时前端的涡轮喷气发动机仅仅提供总推力的17%，亚燃冲压发动机成为主动力。