青島大學畢業設計（論文）超燃沖壓發動機原理與技術分析專

業：熱能與動力工程3班姓

名：王俊指導教師：劉世儉

介紹超燃沖壓發動機原理與技術特點分析對比國內外理論研究與工程實際成果簡介超燃沖壓發動機一體化研究的意義與總體熱力循環超燃沖壓發動機核心部件的設計和技術分析超燃沖壓發動機未來技術展望與用途的介紹研究內容

高超聲速超燃沖壓發動機是指燃料在超聲速氣流中進行燃燒的沖壓發動機，是現階段高超聲速飛行器所實現的主要動力來源，被稱為繼螺旋槳，渦輪噴氣發動機之后的第三次航空發動機革命。工作時超聲速或高超聲速氣流在進氣道擴壓到較低的超聲速，然后燃料從壁面或從氣流中的突出物噴入，在超聲速燃燒室中與空氣混合并燃燒，最后，燃燒后的氣體經擴張型的噴管排出。研究背景工作原理：超聲速或高超聲速氣流在進氣道擴壓到較低的超聲速，然后燃料從壁面或從氣流中的突出物噴入，在超聲速燃燒室中與空氣混合并燃燒，最后，燃燒后的氣體經擴張型的噴管排出優缺點：具有結構簡單、重量輕、成本低、比沖高、速度快等優點但低速不能自主啟動基本原理基本原理超燃沖壓發動機基本原理超燃沖壓發動機實際循環T-S圖基本分類亞燃/超燃雙模態沖壓發動機亞燃/超燃雙模態沖壓發動機是指發動機可以亞燃和超燃沖壓兩種模式工作的發動機亞燃/超燃雙燃燒室沖壓發動機為了克服雙模態沖壓發動機在不同馬赫數下點火、摻混、穩定且在燃燒室停留的短暫時間內完全燃燒的問題，人們提出了亞燃/超燃雙燃燒室沖壓發動機概念國外研究進展20世紀80年代，俄羅斯中央航空發動機研究院

“冷”高超音速技術發展計劃中央航空流體動力研究所“鷹”計劃近年來，俄羅斯對一種新型的高超聲速推進系統——AJAX開展了深入細致的研究。NASA高超聲速飛行器試驗計劃（Hyper-X）X-43A為最成功實例美國空軍開始實施高超聲速技術計劃（HyTech）雙模超燃沖壓發動機的適用性、性能和結構耐久性美國海軍開始“高超聲速飛行驗證計劃（HyFly）NASA高超聲速飛行器試驗計劃（Hyper-X）X-43A國內研究我國超燃沖壓發動機理論研究與基礎設備研究已經全面展開，并突破了一些關鍵技術，實現了超聲速條件下的穩定燃燒；在發動機自由射流試驗中獲得了正推力。但客觀的講，同世界先進國家相比，國內超燃研究在基礎理論、數值仿真能力、試驗技術以及人才培養等方面還有較大差距，需要在不斷消化吸收的基礎上加大科研力度，加大自主創新力度，才能在這一領域趕超世界上的先進國家。超燃沖壓發動機一體化流道設計優化是發動機總體研究的一個重要內容。新型的綜合設計優化方法——多學科設計優化（MDO=MultidisciplinaryDesignOptimization）意義：采用高精度分析模型和試驗數據，以提高優化水平和效率；研究燃燒室型面和燃料噴注分布對燃燒室性能的影響；對交互控制開展試驗研究；研究流道設計參數對發動機部件/系統性能的影響，可以為改善發動機總體性能提供一些建議超燃沖壓發動機總體化設計總體熱力性能分析

等壓模式分析用焓表示有效循環功：放熱量吸熱量循環熱效率：是循環有效功與加熱量之比限制馬赫數假設222K得Ma=6.35進氣道設計與性能研究

設計步驟為:氣道類型和布局的選擇設計馬赫數的選擇進氣道氣動設計計算要求：盡量符合模型試驗外表面光滑；阻力??；相互影響?。贿M氣道出口與燃燒室進口應協調；便于拆裝使用維護；進氣道能夠正常起動是進氣道設計的基本原則隔離段是進氣道與燃燒室的過渡段，其作用是避免或緩解燃燒室內的擾動或者下游堵塞面積的變化對進氣道正常流動的影響隔離段中的激波鏈可以調節出口靜壓高于進口靜壓隔離段計算式隔離段設計與性能研究燃燒室設計與性能研究

燃燒室是超燃沖壓發動機核心部件，其功用是使燃料與獲得減速增壓的來流空氣進行混合和燃燒，要求能最有效地把燃料中的化學能釋放出來，轉化為高溫燃氣的熱能以提高氣流的做功能力。燃料在高速氣流中噴射，霧化，蒸發，摻混，燃燒，將化學能最大限度的轉化為熱能燃燒室設計的基本要求：在燃燒室工作范圍內最不利條件下，能快速可靠的點火啟動；保證燃燒室內最大限度完全燃燒，盡可能提高燃燒效率，同時要有良好的冷卻條件，避免時產生燒蝕；具備足夠的熱強度，剛度，良好的氣密性燃燒室關鍵技術燃料噴注、點火與火焰穩定技術實現亞燃和超燃雙模態燃燒冷卻技術等尾噴管設計與性能研究進氣口氣流的壓力盡可能等熵的膨脹到外界大氣壓力，并且在尾噴管的出口得到均勻的，平行于軸線的的氣流六區分析實際工程中噴管臨界截面通常都大于在設計情況下工作時所需要的數值用途綜述與技術展望用途用于洲際飛行的高超聲速民用運輸機和空天飛機（民用）高超聲速導彈和高超聲速打擊/偵察飛機的動力裝置（軍用）以火箭發動機為基礎、與超燃沖壓發動機相結合的組合循環發動機(RBCC)為動力裝置偵察飛機的動力裝置（新型裝置）技術展望通過對進氣道，燃燒室，尾噴管的設計優化提升超燃沖壓發動機性能(最現實)制造出裝備核子反應堆的超音沖壓噴氣發動機但