跨介质冲压发动机理论性能与工作参数分析
发布时间：2021-07-31 02:14
针对空水一体跨介质导弹应用需求,提出了一种采用同一金属基固体推进剂,能够实现在空中和水中工作的跨介质冲压发动机方案。分析了空中和水中典型工况下,金属基固体推进剂配方、空/水燃比、金属种类等对跨介质冲压发动机理论性能的影响。针对给定的跨介质导弹飞行弹道和金属基固体推进剂配方,对发动机设计参数进行了选取,并完成了空中和水中工作条件下发动机工作参数计算,从理论上验证了该跨介质冲压发动机方案的可行性。
【文章来源】：航空学报. 2020,41(11)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
图９铝基发动机理论比冲随水燃比变化Ｆｉｇ．９Ｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｓｐｅｃｉｆｉｃｉｍｐｕｌｓｅｏｆａｌｕｍｉ－
航空学报１２３７６４－３１．２金属含量对发动机性能的影响镁铝金属基固体推进剂的能量释放主要来自于金属颗粒的燃烧，理论上金属含量越高，发动机的比冲性能越好，但金属含量过高、氧化剂含量下降会降低推进剂的点火启动和燃烧特性；同时粘合剂的减少也会降低固体推进剂的力学性能。考虑到推进剂的综合性能，金属含量需在一定的范围内进行选择。图１是通过金属燃料热力计算所得出的不同镁金属含量下发动机理论比冲随空燃比的变化曲线。金属含量提高后，发动机理论比冲增大。在水中工作时，随着发动机水燃比的变化存在最佳理论水燃比，使发动机理论比冲达到最大。表３为不同金属含量下的推进剂一次燃烧温度、发动机最佳理论水燃比及最大理论比冲。金属含量增加后发动机最大理论比冲增大，一次燃烧温度下降。图１不同镁金属含量下发动机理论比冲随空燃比的变化Ｆｉｇ．１Ｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｓｐｅｃｉｆｉｃｉｍｐｕｌｓｅｏｆｒａｍｊｅｔｗｉｔｈａｉｒ－ｆｕｅｌｒａｔｉｏｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍａｇｎｅｓｉｕｍｍｅｔ－ａｌｍａｓｓｆｒａｃｔｉｏｎｓ表３不同镁金属含量下发动机理论性能的变化Ｔａｂｌｅ３Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｒａｍｊｅｔｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍａｇｎｅｓｉｕｍｍｅｔａｌｍａｓｓｆｒａｃｔｉｏｎｓ镁含量／％一次燃烧温度／Ｋ最佳理论水燃比最大理论比冲／（Ｎ·ｓ·ｋｇ－１）５０２３２９．２７３．５０４０１３．６２５５２３０２．２７４．０６４２０４．４８６０２２１７．７４４．２１４
航空学报１２３７６４－４图３理论比冲、补燃室理论燃烧温度随水燃比的变化Ｆｉｇ．３Ｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｓｐｅｃｉｆｉｃｉｍｐｕｌｓｅａｎｄｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｃｈａｍｂｅｒｗｉｔｈｗａｔｅｒ－ｆｕｅｌｒａｔｉｏ２跨介质冲压发动机工作参数分析２．１发动机总体要求为保证发动机设计参数的准确性，本文在某固体火箭冲压发动机动力飞行试验气动参数的基础上，给出了一条跨介质导弹弹道，如图４所示，但这在一定程度上也限制了本文跨介质冲压发动机的尺寸、装药量和射程。该弹道由助推、高空巡航、掠海飞行、入水过渡以及水下航行５个工作阶段组成。其中，助推段由助推发动机或整体式助推装药将导弹加速到跨介质冲压发动机接力点，高空巡航段有利于发挥冲压发动机的巡航优势，在接近目标时进入掠图４跨介质导弹弹道示意图Ｆｉｇ．４Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｍｉｓｓｉｏｎｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｏｆｔｒａｎｓ－ｍｅｄｉｕｍａｎｔｉ－ｓｈｉｐｍｉｓｓｉｌｅ海飞行段，如图５所示，通过入水过渡段迅速调整姿态入水，并完成动力装置空中和水中的模态转换，最后在水下航行段水冲压发动机工作，完成目标快速打击。表４给出了弹道各工作段的飞行或航行参数，表中掠海飞行、水下巡航段射程是综合考虑了敌舰载雷达低空探视能力［２３］以及近程防空导弹特性［２４］而得出的。为获得跨介质冲压发动机燃气发生器压强、喷管喉径、燃气质量流量、推力等发动机设计参数，本文以固体火箭冲压发
【参考文献】：
期刊论文
[1]国外固体火箭冲压发动机飞行试验进展[J]. 郑凯斌,李岩芳,曾庆海. 弹箭与制导学报. 2018(05)
[2]可变流量固体冲压发动机技术研究进展与展望[J]. 霍东兴,闫大庆,高波. 固体火箭技术. 2017(01)
[3]Design and simulation of ex-range gliding wing of high altitude air-launched autonomous underwater vehicles based on SIMULINK[J]. Pan Changjun,Guo Yingqing. Chinese Journal of Aeronautics. 2013(02)
[4]Performance study of a water ramjet engine[J]. HUANG LiYa,XIA ZhiXun,HU JianXin & ZHU QianWen College of Aerospace and Materials Engineering,National University of Defense Technology,Changsha 410073,China. Science China（Technological Sciences）. 2011(04)
[5]超空泡鱼雷特点及作战使用分析[J]. 邹玉博,周淇,成方达. 中国科技信息. 2010(21)
[6]水冲压发动机试验水燃比选择方法[J]. 黄利亚,夏智勋,张为华,胡建新,胡凡,赵宁. 航空学报. 2010(09)
[7]水反应金属燃料发动机的性能调节[J]. 胡凡,张为华,夏智勋,王中伟,缪万波. 固体火箭技术. 2007(05)
[8]水反应金属燃料能量特性分析[J]. 李芳,张为华,张炜,夏智勋. 固体火箭技术. 2005(04)
[9]火箭助飞鱼雷关键技术研究[J]. 曹小娟,王崇伟. 鱼雷技术. 2000(01)
博士论文
[1]镁基水冲压发动机内部燃烧过程与燃烧组织方法研究[D]. 黄利亚.国防科学技术大学 2010
本文编号：3312564
【文章来源】：航空学报. 2020,41(11)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
图９铝基发动机理论比冲随水燃比变化Ｆｉｇ．９Ｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｓｐｅｃｉｆｉｃｉｍｐｕｌｓｅｏｆａｌｕｍｉ－
航空学报１２３７６４－３１．２金属含量对发动机性能的影响镁铝金属基固体推进剂的能量释放主要来自于金属颗粒的燃烧，理论上金属含量越高，发动机的比冲性能越好，但金属含量过高、氧化剂含量下降会降低推进剂的点火启动和燃烧特性；同时粘合剂的减少也会降低固体推进剂的力学性能。考虑到推进剂的综合性能，金属含量需在一定的范围内进行选择。图１是通过金属燃料热力计算所得出的不同镁金属含量下发动机理论比冲随空燃比的变化曲线。金属含量提高后，发动机理论比冲增大。在水中工作时，随着发动机水燃比的变化存在最佳理论水燃比，使发动机理论比冲达到最大。表３为不同金属含量下的推进剂一次燃烧温度、发动机最佳理论水燃比及最大理论比冲。金属含量增加后发动机最大理论比冲增大，一次燃烧温度下降。图１不同镁金属含量下发动机理论比冲随空燃比的变化Ｆｉｇ．１Ｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｓｐｅｃｉｆｉｃｉｍｐｕｌｓｅｏｆｒａｍｊｅｔｗｉｔｈａｉｒ－ｆｕｅｌｒａｔｉｏｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍａｇｎｅｓｉｕｍｍｅｔ－ａｌｍａｓｓｆｒａｃｔｉｏｎｓ表３不同镁金属含量下发动机理论性能的变化Ｔａｂｌｅ３Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｒａｍｊｅｔｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍａｇｎｅｓｉｕｍｍｅｔａｌｍａｓｓｆｒａｃｔｉｏｎｓ镁含量／％一次燃烧温度／Ｋ最佳理论水燃比最大理论比冲／（Ｎ·ｓ·ｋｇ－１）５０２３２９．２７３．５０４０１３．６２５５２３０２．２７４．０６４２０４．４８６０２２１７．７４４．２１４
航空学报１２３７６４－４图３理论比冲、补燃室理论燃烧温度随水燃比的变化Ｆｉｇ．３Ｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｓｐｅｃｉｆｉｃｉｍｐｕｌｓｅａｎｄｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｃｈａｍｂｅｒｗｉｔｈｗａｔｅｒ－ｆｕｅｌｒａｔｉｏ２跨介质冲压发动机工作参数分析２．１发动机总体要求为保证发动机设计参数的准确性，本文在某固体火箭冲压发动机动力飞行试验气动参数的基础上，给出了一条跨介质导弹弹道，如图４所示，但这在一定程度上也限制了本文跨介质冲压发动机的尺寸、装药量和射程。该弹道由助推、高空巡航、掠海飞行、入水过渡以及水下航行５个工作阶段组成。其中，助推段由助推发动机或整体式助推装药将导弹加速到跨介质冲压发动机接力点，高空巡航段有利于发挥冲压发动机的巡航优势，在接近目标时进入掠图４跨介质导弹弹道示意图Ｆｉｇ．４Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｍｉｓｓｉｏｎｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｏｆｔｒａｎｓ－ｍｅｄｉｕｍａｎｔｉ－ｓｈｉｐｍｉｓｓｉｌｅ海飞行段，如图５所示，通过入水过渡段迅速调整姿态入水，并完成动力装置空中和水中的模态转换，最后在水下航行段水冲压发动机工作，完成目标快速打击。表４给出了弹道各工作段的飞行或航行参数，表中掠海飞行、水下巡航段射程是综合考虑了敌舰载雷达低空探视能力［２３］以及近程防空导弹特性［２４］而得出的。为获得跨介质冲压发动机燃气发生器压强、喷管喉径、燃气质量流量、推力等发动机设计参数，本文以固体火箭冲压发
【参考文献】：
期刊论文
[1]国外固体火箭冲压发动机飞行试验进展[J]. 郑凯斌,李岩芳,曾庆海. 弹箭与制导学报. 2018(05)
[2]可变流量固体冲压发动机技术研究进展与展望[J]. 霍东兴,闫大庆,高波. 固体火箭技术. 2017(01)
[3]Design and simulation of ex-range gliding wing of high altitude air-launched autonomous underwater vehicles based on SIMULINK[J]. Pan Changjun,Guo Yingqing. Chinese Journal of Aeronautics. 2013(02)
[4]Performance study of a water ramjet engine[J]. HUANG LiYa,XIA ZhiXun,HU JianXin & ZHU QianWen College of Aerospace and Materials Engineering,National University of Defense Technology,Changsha 410073,China. Science China（Technological Sciences）. 2011(04)
[5]超空泡鱼雷特点及作战使用分析[J]. 邹玉博,周淇,成方达. 中国科技信息. 2010(21)
[6]水冲压发动机试验水燃比选择方法[J]. 黄利亚,夏智勋,张为华,胡建新,胡凡,赵宁. 航空学报. 2010(09)
[7]水反应金属燃料发动机的性能调节[J]. 胡凡,张为华,夏智勋,王中伟,缪万波. 固体火箭技术. 2007(05)
[8]水反应金属燃料能量特性分析[J]. 李芳,张为华,张炜,夏智勋. 固体火箭技术. 2005(04)
[9]火箭助飞鱼雷关键技术研究[J]. 曹小娟,王崇伟. 鱼雷技术. 2000(01)
博士论文
[1]镁基水冲压发动机内部燃烧过程与燃烧组织方法研究[D]. 黄利亚.国防科学技术大学 2010
本文编号：3312564
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