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1、第28卷第5期空气动力学学报Vol.28,No.52010年10月ACTAAERODYNAMICASINICAOct.,2010文章编号:02581825(2010)05061308TBCC进气道研究现状及其关键技术1,211张华军,郭荣伟,李博(1.南京航空航天大学能源与动力学院,江苏南京210016;2.中国人民解放军驻成都发动机集团军事代表室,四川成都610503)摘要:介绍了TBCC发动机的组合方案及相对应的进气道方案,通过对国外TBCC进气道技术发展和应用现状的详细分析,阐述了不同布局方式的TBCC进气道的优劣点,总结了发展TBC
2、C进气道所面临的主要挑战及所需解决的关键技术,提出了TBCC进气道技术当前有待突破的首要问题,意在为发展TBCC进气道技术提供基本思路和参考。关键词:涡轮基组合循环发动机;进气道;高超声速中图分类号:V211.48文献标识码:A(coaxialtype)布局和上下型(over/undertype,亦称0引言并联型)布局,其中共轴型布局可分为环绕型(wrap高超声速飞行器已成为未来飞行器的主要战略around,冲压燃烧室在涡扇发动机的外函管道中)和发展方向,其飞行范围十分宽广,飞行马赫数从亚声串联型(tandem,冲压燃烧室在涡扇发动机的后面),[
3、2]速、跨声速、超声速一直扩展到高超声速。动力装置而并联型布局又可分为外并联型和内并联型。是能否实现高超声速飞行的主要关键。当今,航空涡进气道是TBCC发动机的重要组成部分,对整轮发动机的飞行马赫数一般在0~3,亚燃冲压发动个推进系统的性能起着关键性作用,制约着整个推进机飞行马赫数为2~6,超燃冲压发动机飞行马赫数系统功能的发挥和性能的提高。改进进气道的气动大于6。可见,任意一种单一的吸气式发动机均不能性能和不同飞行状态下的适用性被国际上确定为发满足以上要求,因此从上世纪六十年代开始,国外对展TBCC发动机的关键技术之一。TBCC进气道的组合动力展开了广泛而深
4、入的研究。主要任务是高效率地向涡轮发动机的压气机或冲压组合发动机可分为RBCC(火箭基组合循环)和发动机的燃烧室提供一定压力、温度、速度和流量的TBCC(TurbineBasedCombinedCycle,涡轮基组合空气,以满足飞行器高超声速飞行的需要,其中包括循环)两大类,其中TBCC发动机是将涡轮发动机模态转换过程中(涡轮模态转换到冲压模态或冲压模(包括涡喷、涡扇发动机)和冲压发动机(包括亚燃、超态转换到涡轮模态)同时向涡轮通道和冲压通道提供燃和双模态燃烧冲压发动机)的两种技术结合到一所需气流,能否完成转换过程的流量和推力平稳过渡起,整合了涡轮发动机
5、和冲压发动机在各自适用飞行是决定TBCC发动机研制成败的关键。由此可见,范围内的优势,使其具有可常规起降、重复使用、可靠TBCC进气道不同于其它普通航空发动机的进气道,[1]性高、低速性能好(在Ma<3的阶段,涡轮发动机它要在非常宽广的飞行范围内以及飞行工况多变的的比冲是各类发动机中最高的)、技术风险小等优点,条件下向TBCC发动机提供稳定优良的流场,这就可作为高超声速军民用飞机、高超声速巡航导弹以及要求进气道在整个飞行过程中通过改变自身的形状单双级入轨轨道飞行器的理想动力装置,从而具有很来适应飞行状态的变化,如果进气道不能正常工作,好的工程应用前景。按照涡轮发动
6、机和冲压发动机TBCC发动机的效率将大大降低,以致不能正常工组合时的相对位置关系,TBCC发动机可分为共轴型作。为了使TBCC发动机在不同的飞行状态下都能*收稿日期:20090421;修订日期:20090830基金项目:国家航空科学基金(04C52013)作者简介:张华军(1979),男,博士.主要研究领域:内流气体动力学和高超声速进气道设计技术等.Email:zhanghuajun1@gamil.com614空气动力学学报第28卷正常高效地工作,发展一种变几何进气道与TBCC发动机相匹配是十分必要的,美国和日本等国均在此领域投入大量的
7、人力和物力,且已在某些关键技术方面取得了重大进展。本文将按照TBCC发动机的布局方式,分类介绍各布局方式所用进气道的研究与应用现状,详细论述不同布局方式的TBCC进气道的优劣点,并对进一步发展可能会面对的关键技术和问题给出意见。(a)结构简图1TBCC进气道方案及国外研究现状目前美国、日本、俄罗斯、法国、德国和印度等国都在大力发展TBCC技术,其中又以美国和日本的研究最具代表性。本文按照TBCC发动机的布局方式并结合进气道自身的结构特点,将TBCC进气道分为共轴型轴对称进气道、共轴型二元进气道、外并联型进气道和内并联型进气道四类。前两类适用于共轴布局方式
8、的TBCC
