[發明專利]一種多通道并聯的三動力組合發動機設計方法

有效

• 申請號: 201910011244.2
• 申請日: 2019-01-07
• 公開（公告）號: CN109670269B
• 公開（公告）日: 2021-03-05
• 發明（設計）人: 邢菲;郭峰;朱劍鋒;尤延鋮
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/17;G06F119/14
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 張素斌

一種多通道并聯的三動力組合發動機設計方法，屬于組合發動機領域，包括以下步驟：1)根據飛行任務制定總體性能要求，確定進氣道捕獲面積并通過流線追蹤得到三維內轉進氣道；2)計算超燃燃燒室進出口參數，設計超燃通道和超燃燃燒室；3)設計尾噴管上型面及下調節板；4)根據Ma0～2階段發動機流量需求，在三維內轉進氣道兩側壁面開口布置渦輪通道、渦輪發動機和渦輪通道分流板；5)基于Ma2～3火箭發動機工作與Ma3～4.5亞燃燃燒室工作狀態的推力需求，計算引射火箭?亞燃通道最大流量需求，從而布置引射火箭?亞燃通道的進口、相應大小的火箭發動機和引射火箭?亞燃通道分流板。本發明可滿足有效跨越推力鴻溝的同時提供較高的低速爬升和高速巡航性能。

技術領域

本發明涉及組合發動機領域，尤其涉及一種多通道并聯的三動力組合發動機設計方法。

背景技術

一個世紀以來，人們在飛的“更高、更快、更遠”的理想下，推動了高超聲速飛行器的發展。早在20世紀70年代初期就出現了馬赫數3的高空偵察機，而到了70年代中期馬赫數2的民航客機就開始往返于歐美大陸，近年來，美國、歐盟、俄羅斯、日本等國家及國際組織都在加速推進各種高超聲速飛行技術研究項目，旨在追求地面起飛、跨速域(Ma0～6+)、重復使用的高超聲速飛行器。

現有航空航天動力主要為渦輪、沖壓和火箭發動機，其中渦輪發動機的最佳工作范圍Ma0～2.5，Ma3～5是亞燃沖壓發動機較為有利的工作范圍，超燃沖壓發動機的工作范圍Ma5～8，火箭發動機雖然可以全速域工作，但效率最低。經過多年的發展和創新，通過組合現有成熟動力裝置形成組合動力，能夠支撐高超聲速飛行的技術方案眾多，在美國2030年吸氣式推進技術發展規劃中，TBCC、RBCC組合循環發動機占用重要席位，并且是進入空間的最有發展前景的動力技術，目前絕大部分公開的Ma5～6級高超聲速飛機方案中，渦輪基組合動力(TBCC)是主流的動力方案，TBCC是以渦輪發動機為基礎，集成沖壓發動機、火箭發動機等動力形式，科學組合形成的寬速域高超聲速動力系統。

技術角度而言，實現高超聲速飛行的核心在于組合動力技術，比較發現目前國內在組合發動機領域還存在以下主要問題：1、多通道組合動力的推力陷阱，渦輪發動機和沖壓發動機工作速域范圍目前還存在空檔，難以實現推力銜接的問題，而利用引射火箭動力填補轉級推力不足是目前比較合理的方案；2、目前國內在雙模態燃燒的轉換和控制方面基礎還較為薄弱，實現雙模態工作依然面臨較大考驗，離工程實踐較遠；3、目前國內大部分的組合發動機方案都采用雙通道形式，因而分配到各通道的工作壓力較高，例如沖壓發動機要在滿足燃燒室入口速度要求的前提下同時保持自起動能力、渦輪在低速狀態存在推力不足情況。

發明內容

本發明的目的在于解決現有技術中的上述問題，提供一種多通道并聯的三動力組合發動機設計方法，可在設計技術難度及結構復雜度不高的條件下實現跨速域的工作，滿足有效跨越推力鴻溝的同時提供較高的低速爬升和高速巡航性能。

本發明將引射火箭-亞燃通道、兩個渦輪通道與超燃通道四個通道并聯布置，上通道為引射火箭與亞燃燃燒室串聯的組合形式(以下簡稱“引射火箭-亞燃通道”)，下通道為超燃燃燒室(以下簡稱“超燃通道”)，左右通道均為渦輪發動機(以下簡稱“渦輪通道”)，上述四通道共用一個三維內轉進氣道和尾噴管從而組成四通道三動力組合發動機。本發明無需復雜的匹配設計，可最大限度降低各動力之間相互影響并滿足推力平衡問題。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種多通道并聯的三動力組合發動機設計方法，包括以下步驟：

1)根據飛行任務制定總體性能要求，基于總體性能要求設計基本流場，確定進氣道捕獲面積，進而在基本流場中通過流線追蹤得到三維內轉進氣道；

2)基于步驟1)三維內轉進氣道的出口面積，根據發動機總體性能計算超燃燃燒室進出口參數，進而設計超燃通道和超燃燃燒室；

3)基于步驟2)超燃燃燒室出口參數，根據發動機總體性能設計尾噴管上型面及下調節板；