TBCC概念是从上个世纪50年代开始被国外探索研究。20世纪60年代,法国GRIFFON2飞机装配了ATAR101E3涡轮冲压组合发动机在100Km航线上创造了当时最新的飞行速度记录,这一记录验证了TBCC发动机的可行性。20世纪60年代美国SR-71黑鸟侦察机装备了拥有涡轮冲压组合动力特征的J58发动机,飞行高度达到了30千米,最大Ma达到了3。5,七八十年代,俄罗斯中央航空发动机研究院对全尺寸的TBCC发动机进行了地面试验,研究了TBCC发动机的关键技术。近年来,随着高超声速技术研究的广泛开放,也能够越来越深入的研究可以实现高超声速飞行关键的发动机。近些年来,美国和日本是世界上对TBCC发动机研究比较深入的两个国家,并且他们的研究成果非常显著[7]。美国的RTA计划的目的是为了研究研制涡轮基组合动力装置。对RTA发动机的研制包括两个不同的阶段,第一阶段把发动机代号定为 RTA-1,这一阶段主要任务是对地面试验进行验证以及对涡轮发动机能否在较宽马赫数范围内工作进行考核;第二个阶段发动机代号取名为RTA-2,主要任务是对推重比为15的涡轮发动机是否能在马赫数5。0下工作通过地面试验进行考核[8]。日本1999年开始对二元矩形变几何进气道进行研究,他们设计的进气道采取矩形交叉入口,使发动机在不同的来流马赫数下能满足不同的外部飞行状态这一过程通过调节进气道压缩效率和捕获流量来达到目的。日本的HYPR项目也就是组合循环发动机验证项目(HYPR90-C)研究的涡轮基组合循环发动机是以变循环发动作为基础条件,该研究的发动机包括一个变循环涡扇发动机和一个亚燃冲压发动机。HYPR90-C项目的主要目的是验证涡扇发动机与冲压发动机在马赫数2。5~3。0范围内模态转换的可行性[9]。欧洲的LAPCAT计划,LAPCAT I计划通过研究保持高超声速飞行推进的概念设计了发动机Scimitar,这种发动机可以提供马赫数5。0的动力,而且采用氢燃料的预冷。LAPCAT II计划就是为了使能设计出的两种超远程民用运输飞机的巡航速度为马赫数5。0和8。0。随着高超声速技术越来越被重视,研究开展日益普遍,人们越来越重视高超声速飞行的发动机这一领域。 73332
有关TBCC推进系统的研究是先从串联型布局开始,但由于串联型的局限性较大以及技术的进步,现在的研究趋势主要是并联型布局。国外在并联型TBCC发动机及进气道方面的研究相对比较多,而国内的研究则刚处于起步阶段,与国外差距甚大。在美国和欧洲等发达国家的先进航天计划(如NASP等)的影响下,我国从20世纪70-80年代开始关注和开展TBCC发动机的技术研究,但还是以对TBCC推进系统的跟踪研究为主要的。但随着德国
Sanger计划和美国NASP计划的中止,我国逐渐忽视了对TBCC发动机的研究。近些年来,国内由于受到国外TBCC发动机的研究以及新的军事需求影响,又将TBCC发动机的研究作为高超声速推进系统领域的重要研究方向之一,并且参与研究的单位和投入的经费也逐渐增多,国内早期的研究主要集中在串联型TBCC发动机[10-14],近几年才逐渐将重心转移到并联TBCC的研究上面[15,16]。但近年来的研究主要集中在发动机总体方案和总体气动性能,以及对一些初步的概念验证。 论文网
美国对并联型TBCC发动机的研究已经有几十年了,它的研究领域几乎涵盖了所有的发动机部件,甚至包括整个飞行器,比如发动机排气系统、发动机进气系统、双模态超声速燃烧室、发动机模态转换、TBCC发动机用涡轮发动机、飞行器/发动机一体化等。还提出了适用于不同要求的环境的不同种类的并联型TBCC发动机,其中最典型的有HTV-3X[17],X-43B[18]。现在美国正大力发展研制TBCC发动机,选用双模态超燃冲压发动机和高马赫数涡轮发动机组合方案,极大地拓展了飞行马赫数范围,而且相关实验也正在计划之中,特别是在模态转换方面的实验是其主要关注点。具体到对外并联型TBCC进气道模态转换特性的研究,在国外仅有近年来的少数文献关注这一领域,因为这是一个非常复杂的过程,也是研究中的重点和难点之一,而国内对这一方面的研究更是少之又少,现在仍在初步探索阶段。张晓嘉,梁德旺,李博,袁化成[19]给出了可行的设计原则来估算一系列典型二元高超声速进气道的设计和性能。给出进气道入口、外压波系、内压缩通道、唇罩及隔离段的设计方法这种方法通过达到给出条件满足流量、增压等的要求。谢旅荣,郭荣伟[20]针对的飞行马赫数为6的二元进气道模型开展了高焓脉冲风洞试验研究,在此基础上分析了进气道分别在不设置反压和设置反压这两种决然不同的情况下的激波结构、内通道皮托压分布及隔离段出口的性能,并结合数值仿真分析了通道内的流场特性。袁化成,滕健,郭荣伟[21]给出了一种进气道内收缩比可以控制、包括唇口可以往后退等几何动作的变几何进气道的设计想法,给出了具体的设计过程及影响因素。我国在70~80年代就已经开始关注和开展TBCC发动机技术研究,但主要是处于借鉴学习国外TBCC发动机技术的水平,在试验研究方面空白很大。所以说从目前的研究情况看,TBCC发动机的研究方面我国还不是世界先列,尚有很多关键技术需要解决。