第 2 页 本科毕业设计说明书
极冲压发动机。助推级的作用是起飞时的加速,使飞航式导弹的速度达到要求的马赫数,从 而使主发动机能够起动。续航级为主要推力提供装置,其作用是使飞航式导弹以几乎接近恒 速平飞,从而到达指定地点[3]。
冲压发动机,顾名思义,其功用是将来流高速的气流进行减速增压。冲压发动机主要由 喷管、燃烧室、进气道等组成。冲压发动机的增压过程并不需要压气机进行来流气体压缩, 而只需要来流通过结构简单的进气道来减速增压,这是冲压发动机的优势所在,而且其效率 很高。高速来流经过进气道扩张减速,温度和气压升高后,为燃烧室提供足够的氧气与燃料 进行混合燃烧。最后由喷管喷出,为飞行器提供推力。总而言之,冲压发动机的工作原理归 结为三个过程,进气道的压缩过程,燃烧室的燃烧过程和喷管的膨胀过程。
冲压发动机的喷管都是拉伐尔喷管,才能使气流达到超声速。喷管的作用是使高温高压 的燃气膨胀并且加速。而燃烧室一般是圆柱形的筒体,其中安装了预燃室、燃料喷嘴环、点 火器和火焰稳定器组件。从进气道来的气流进入燃烧室后,空气来流提供氧气,与燃料的供 给系统喷出的物化燃油混合,形成了新的可燃混合气体。点火器在发动机起动时首先工作, 形成初始火源,在预燃室中点起了旺盛的火焰,它不断的把新的可燃混合气点燃。火焰稳定 器靠形成的回流区来稳定住火焰,使可燃混合气在燃烧室中稳定地完全燃烧。燃烧室的受热 外壁通常用空气冷却来防止其烧坏。进气道的作用主要是截获空气来流,为燃烧室提供充足 的氧气[4]。燃烧室热防护技术是非常关键,文献[5]提出的方案从某种意义上说提高了传统的气 模冷却效率。
对于吸气式飞行器来说, 进气道能够稳定工作是非常关键的,尤其是对于宽马赫数的工 作范围的高超声速的吸气式飞行器而言,当飞行器处于非设计工作状态的情况下,进气道能 不能以较小的阻力和流动损失为发动机提供足够的、满足要求的气流将是判别进气道综合气 动性能的重要指标[6]。
1。2 进气道
进气道是的功能是利用迎面来流的速度冲压,将动能转化为压力势能,增加来流压力, 并为吸气式发动机提供所需的空气。
在超声速情况下,固定几何进气道在设计状态下与发动机良好的协调工作,此时进气道 处于最佳临界状态。在非设计状态下,如改变飞行马赫数、改变飞行高度、改变飞行攻角, 进气道与发动机的工作将不协调,发动机和性能大大下降,进气道将处于低效率的工作状态, 甚至出现不起动的现象。在非设计状态下为了使进气道也能与发动机协调工作,提高进气道 效能,可调进气道的研究应用越来越广泛。
本科毕业设计说明书 第 3 页
起动性能是衡量进气道的性能最重要的指标,它将直接决定进气道与整个发动机能否正 常的工作。影响进气道的起动性能的一个关键参数是进气道内收缩比,其指的是进气道进口 面积和进气道喉道面积的比值。在来流马赫数一定时,如果内收缩比越大,进气道将越不容 易起动。但为了提升进气道的性能,需要让进气道在高的内收缩比下正常的工作,从而获得 更高的压缩性能[7]。因此要控制好内收缩比和自起动的关系,二者之间的矛盾应该进行整体 最优的情况来考虑,避免顾此失彼。
1。2。1 进气道的作用
进气道的作用是给发动机提供充足的空气,为燃烧室提供新鲜的氧气,并让来流在进气 道中减速增压。冲压发动机的进气道的作用与涡轮喷气发动机的作用相同,特别是在马赫数 非常高的情况下。它们的不同点在于冲压发动机不需要发动机额外的付出压缩功,单靠利用 进气道就能把来流的动能转化为压力势能。这种利用速度增加压力的方法式随着飞行速度增 大而越来越大的[4]。