多种组合动力方案性能对比研究

宋文艳, 张冬青, 吕重阳

(西北工业大学 动力与能源学院, 西安 710072)

0 引 言

对于Ma6一级的大气层内飞行的高超声速飞行器，TBCC发动机无疑是最为理想的动力装置。TBCC动力通常采用涡轮发动机与双模态超燃冲压发动机组合，但最为突出的问题是如何实现两种发动机的“推力衔接”。现役涡轮发动机的最大工作马赫数为2.0到2.3，而双模态冲压发动机起动马赫数一般在4.0左右。如何提高涡轮发动机的马赫数上限、降低冲压发动机的马赫数下限并实现两种发动机的“推力衔接”，是Ma6一级的TBCC的主要技术问题之一。目前，国内外TBCC组合动力存在多种技术方案，包括采用“超级燃烧室”的串联TBCC技术方案[1-2]、预冷却(射流预冷[3-4]和换热预冷[5-9])涡轮发动机技术方案以及采用额外的引射火箭的三组合T/RBCC技术方案[10-11]等。针对上述组合动力方案的对比分析研究相对较少，究竟何种组合动力方案更加适合高超声速巡航飞行器，需要开展相关研究。本文遵循“一种平台，多种动力”的研究思路，基于相同的高超声速飞行器飞行任务和气动特性，对比分析涡轮/亚燃冲压/双模态超燃冲压组合动力方案、涡轮/引射冲压/双模超燃冲压组合(Trijet)动力方案、射流预冷涡轮/双模态超燃冲压组合动力方案和空气涡轮火箭(ATR)/双模态超燃冲压组合动力方案，比较不同动力方案下的飞行器航程、巡航距离和爬升加速时间等飞行性能参数。

1 多种组合动力方案

1.1 涡轮/亚燃冲压/双模态超燃冲压组合发动机(方案1)

在涡轮/亚燃冲压/双模态超燃冲压组合发动机方案中，将涡轮发动机与亚燃冲压发动机串联作为低速通道，再与作为高速通道的双模态超燃冲压发动机并联，如图1所示。……