超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵技術(shù)

1、燃料

流過(guò)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的氣流速度始終為超聲速，空氣流過(guò)飛行器體內(nèi)通常只有幾毫秒的滯留時(shí)間，要想在這樣短的時(shí)間內(nèi)完成壓縮、增壓，并與燃料在超聲速流動(dòng)狀態(tài)迅速、均勻穩(wěn)定地完成低損失、高效率的摻混、點(diǎn)火并燃燒是十分困難的，燃料與空氣的摻混好壞直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)度和熱負(fù)荷。因此，應(yīng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸、形狀、燃料種類(lèi)、噴注器設(shè)計(jì)、燃燒機(jī)理等多方面的因素進(jìn)行綜合性理論和試驗(yàn)研究。

2、燃燒室的設(shè)計(jì)

由于來(lái)流不均勻，超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室的工作非常復(fù)雜。因此，燃燒室的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)特別是超聲速燃燒過(guò)程的研究非常重要。盡管數(shù)值模擬技術(shù)已發(fā)展到了相當(dāng)高的水平，但這種發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的研究發(fā)展還主要依靠試驗(yàn)。高超聲速推進(jìn)系統(tǒng)研究對(duì)試驗(yàn)設(shè)備的要求很高，要模擬的氣動(dòng)參數(shù)變化范圍大。而且，只有有限的試驗(yàn)可在地面進(jìn)行，大部分問(wèn)題必須通過(guò)飛行試驗(yàn)解決。

3、一體化設(shè)計(jì)

超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)體/發(fā)動(dòng)機(jī)的一體化設(shè)計(jì)是非常復(fù)雜的技術(shù)，包括氣動(dòng)力一體化、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一體化、燃料供應(yīng)和冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)一體化和調(diào)節(jié)控制設(shè)計(jì)一體化。

4、材料

這兩項(xiàng)技術(shù)是超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的基本技術(shù)，由于高超聲速推進(jìn)系統(tǒng)極高的熱負(fù)荷，因此需要耐高溫的陶瓷基復(fù)合材料、碳/碳復(fù)合材料，同時(shí)需要燃料在工作過(guò)程中完成許多部件的冷卻任務(wù)。低溫液氫是吸引人的燃料和冷卻劑，但它的密度太小，需要較大的容積。對(duì)于導(dǎo)彈來(lái)說(shuō)，由于機(jī)動(dòng)性和長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存要求，需要更合適的吸熱燃料。

5、火焰保持器

研究人員在工作中進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)和并行的設(shè)計(jì)。如果SJX61－1工作的好，將保持現(xiàn)有的設(shè)計(jì)不變，但是，如果性能比預(yù)想的差，將用SJX61－2做替代。

6、熱平衡

在采用碳?xì)淙剂系某紱_壓發(fā)動(dòng)機(jī)中，燃料還作為冷卻劑。達(dá)到一個(gè)熱平衡，使發(fā)動(dòng)機(jī)攜帶的燃料與燃燒所需的燃料量相當(dāng)是非常重要的。但是，在“魯棒的超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)”計(jì)劃下，冷卻的燃油需求量可能超出燃燒所需的燃料量，這意味著用于冷卻的燃料量將比燃燒消耗的燃料多。這樣，熱的多余燃料必然堆積在發(fā)動(dòng)機(jī)的某處，這將有可能使飛行器的航程受影響。替代的方案是在更低的速度下飛行，以減少達(dá)到正確熱平衡的熱負(fù)荷。

7、燃料的噴射

在“魯棒的超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)”計(jì)劃下，出于結(jié)構(gòu)上的考慮，發(fā)動(dòng)機(jī)的流路可能是圓形的或橢圓形的。這將加劇燃料進(jìn)入燃燒流的問(wèn)題。解決這個(gè)問(wèn)題的方案是采用在第一級(jí)噴射器后有第二級(jí)噴射器的串聯(lián)噴射器，或者采用帶冷卻的掛架或支柱。但是，由于這些結(jié)構(gòu)有非常高的熱負(fù)荷，因此也帶來(lái)了其他一些問(wèn)題。AFRL推進(jìn)部正在與材料部和DARPA一起工作研究基于陶瓷的帶燃油冷卻的結(jié)構(gòu)。

8、火焰特性描述

研究人員已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室條件下利用非干涉的基于光學(xué)的診斷技術(shù)在一臺(tái)運(yùn)行的超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)種確定了火焰的實(shí)際位置以及在核心流中發(fā)生的燃燒反應(yīng)。這些設(shè)備用于飛行系統(tǒng)上是有可能的，甚至有可能用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)上。