高马赫数涡轮基推进系统的发展及挑战

尹泽勇，蔚夺魁，徐 雪

（1.中国航空发动机集团有限公司，北京100097；2.中国航发沈阳发动机研究所，沈阳110015）

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在更宽阔的空域内更快飞行是飞行器发展的永恒目标。随着传统的高度20 km、速度Ma≤2的军民用航空技术的成熟和广泛应用，未来飞机的重要发展方向之一是实现水平起降、临近空间高超声速飞行，即飞行高度达20~100 km、飞行马赫数远大于4的飞行。鉴于航程远、速度高和可重复使用等突出特点，临近空间高超声速飞机必将是未来航空和航天领域的战略制高点，也是各航空强国的必争之地[1-2]。

高马赫数飞机的动力系统形式较多，包括但不限于涡轮冲压组合动力（Turbine Based Combined Cycle，TBCC）、火箭助推涡轮冲压组合动力和吸气式涡轮火箭组合动力系统等[3-4]。就目前的技术基础而言，可能以高马赫数涡轮发动机为基础的涡轮冲压组合动力系统更为现实也更具发展前景。相对于Ma=2以内的航空发动机，其速域覆盖范围更大、入口气流及环境温度大幅提升，涉及多种动力的组合，技术挑战性大、新技术覆盖范围广，既是高马赫数飞机的核心和关键技术，也是航空发动机未来重要的技术发展方向之一。作为其重要组成部分的高马赫数涡轮发动机，则是航空燃气涡轮发动机在速度域、温度域上的一次重大跃升，不可避免地面临众多新的规律和特性，需要新的设计理念和方法。早期的高马赫数涡轮发动机继承第1代、第2代成熟涡轮发动机的技术，采用了如单转子涡喷构型、低压比压气机、连续放气循环和射流预冷等该时期典型的高马赫数特征技术，实现了从Ma=2至Ma=3的跨越。……