复杂化学反应模型在喷气发动机燃烧过程数值模拟中的运用(2)
在20世纪40年代，美国开始了弹用动力系统的研究与运用，航空涡喷发动机作为巡航动力装置安装在天狮星、斗牛士、鲨蛇等战略导弹中。此外，在法国，1954 年透博梅卡公司开展了弹用涡喷发动机的研究和试验，从1960年开始法国微型涡轮发动机(Microturbo) 公司对微小型涡喷发动机展开了研究，并于1972年为新一代靶机和战术导弹研制出了低成本发动机 TR160。
随着加工工艺和材料、高速陶瓷轴承等相关技术的发展，以及许多关键技术难题的解决，一批先进的微型涡轮喷气发动机不断呈现，目前推重比已经超过10，如美国精密自动化公司研制的AT1700推重比达10.5。目前为止，在世界上技术指标处于前沿，并具有良好的实际应用价值的微型涡喷发动机主要有捷克的TJ100、美国哈密尔顿标准公司的TJ50、TJ90系列、SWB- 100发动机以及精密自动化公司研制的AT- 1500和AT- 1700等。
AT- 1500发动机(见图 1)是美国海军 SBIR 计划下，精密自动化公司与AMT合作研制成功的，其目的是为无人机、空射导弹、靶机和诱饵弹研制的一种高性能、低成本、长储存周期、零文护的微型涡轮喷气发动机。核心部件由单级离心压气机、环形燃烧室、单级轴流涡轮组成，采取压缩空气起动，无独立的润滑系统，全电子控制。据报道，一台AT- 1500安装在NASA X- 43A 超声速飞行器的前期亚声速验证机X- 43A- LS无人机上，三台SWB- 100发动机装备于高超声速系统集成(HySID)验证机X- 43B- LS上，为X- 43获取相关数据，已于2002年完成飞行试验。SWB- 100发动机(见图 2)是SWB燃气涡轮公司研制的推力最大的一款涡轮喷气发动机，推力为48.5 daN。应用了小流量、高效率的核心部件设计技术，根据其官方网站显示，离心压气机效率为73.3%，涡轮的绝热效率达84.4%，燃烧室效率高达 99%。故其耗油率低，只有1.31 kg/daN•h。目前世界上各国著名的主要微型涡喷发动机的性能参数如表1所示。
图1.1 AT-1500发动机 图1.2 SWB-100发动机
表1.1 世界各国主要微型涡轮喷发动机性能参数
发动机 TJ90 SWB-100 TDI- J7 WJ24- J700-CA-
400 WR24- 7 WR2- 6
国家 美国 美国 美国 美国 美国 美国 美国
研制公司 Sundstrand Aerospace SWB Technical Dire- Inc Williams TCAE Williams Williams
推力/daN 48 48.5 44.5 107 79 76 50
耗油率/kg•(daN•h)-1 0.69 1.31 0.71 1.22 1.2 1.36 1
转速/r•min-1 10 200 76 000 96 000 56 000 72 000 52 000 60 000
压比 — 3.6:1 — 5.3:1 — 5.3:1 4:1
干质量/kg 4.8 5.22 9.5 22.7 17.2 20 114