高超声速并联tbcc总体性能分析与模态转换仿真

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1、第45卷第1期航空发动机Vol.45No.12019年2月AeroengineFeb.2019高超声速并联TBCC总体性能分析与模态转换仿真宋自航，唐海龙，陈敏（北京航空航天大学能源与动力工程学院，北京100191）摘要：为了解决涡轮冲压组合循环（TBCC）高超声速推进系统的推力间隙问题，通过在风扇前嵌入预冷器冷却进口空气的方法扩展涡轮基的工作上边界，采用变几何方案提高冲压发动机在低马赫数下的推力。建立了双模态TBCC稳态性能模型，计算对比了不同构型TBCC的推力性能，选定了涡轮-冲压模式转换区间，计算

2、了转换过程的推力变化、燃油和液氮的消耗量。结果表明：采用预冷、变几何方案能填补不预冷、定几何方案的推力间隙，在模态转换过程所消耗的液氮占飞行器总质量的0.6%。关键词：双模态涡轮冲压组合循环；推力间隙；预冷；变几何；模态转换；航空发动机中图分类号：V236文献标识码：Adoi：10.13477/j.cnki.aeroengine.2019.01.007OverallPerformanceAnalysisandModalConversionSimulationofHypersonicParallelTBC

3、CSONGZi-hang袁TANGHai-long袁CHENMin渊SchoolofEnergyandPowerEngineering袁BeihangUniversity袁Beijing100191袁China冤Abstract:InordertosolvetheproblemofthrustclearanceofTBCChypersonicpropulsionsystem袁theupperworkingboundaryofturbineenginewasextendedbyinsertingtheof

4、pre-coolerforcoolinginletairinfrontofthefan.ThethrustofscramjetatlowMachnumberwasimprovedbyusingvariablegeometryscheme.Thesteady-stateperformancemodelofdual-modeTBCCwasestablished.ThethrustperformanceofTBCCwithdifferentconfigurationswascalculatedandcompa

5、red.Turbo-scramjetmodeconversionzonewasselected.Thechangeofthrust袁theconsumptionoffuelandliquidnitrogenwerecalculated.Theresultsshowthatthethrustclearanceofuncooledandfixedgeometryschemecanbefilledbyusingpre-coolingandvariablegeometryscheme.Theliquidnitr

6、ogenconsumedaccountsfor0.6%ofthetotalmassoftheaircraftduringthemodalconversionprocess.Keywords:dual-modeTBCC曰thrustclearance曰pre-cooling曰variablegeometry曰modalconversion曰aeroengine下延，优点是采用定几何构型，缺点是在低马赫数下0引言容易发生堵塞，性能不足；第2种是将亚燃冲压发动涡轮冲压组合循环（TurbineBasedComb

7、ined机工作范围上延，在低速时为亚燃冲压发动机构型，Cycle，TBCC）发动机是实现高超声速飞行的极有发展在高速时通过变几何调节改成超燃冲压发动机无几前途的动力方案。国外从20世纪50年代就已开始了何喉道的构型，其优点是工作范围广，缺点是变几何[1]机构提高了结构复杂性，增加了发动机质量。文献[6]TBCC技术的探索。一直到现在，各国对TBCC的研究热情依旧很高，并且随着高速涡轮基技术和超燃冲提出定几何双模态冲压发动机的集总参数建模方法，[7-9]压发动机技术的发展，TBCC正在往更高更快的方向克服

8、了传统的微分形式存在奇异的缺点。但是由于发展。双模态超燃冲压发动机兼具亚燃冲压发动机和采用定几何构型，在低马赫数工况下受燃烧室面积的超燃冲压发动机的特点，理论上能够很好地与低速系限制无法输入足够燃油。且燃油的雾化和掺混模型使统衔接并达到很高的速度。实现双模态冲压发动机有用液气耦合算法，依赖参数多，当采用燃油垂直喷射[2-5]时，方法失效。文献[10]使用的燃烧模型来源于超声速2种思路：第1种是将超燃冲压发动机工作马赫数收稿日期：2018-0