超燃沖壓發(fā)動機關(guān)鍵技術(shù)

1、燃料

流過超燃沖壓發(fā)動機的氣流速度始終為超聲速，空氣流過飛行器體內(nèi)通常只有幾毫秒的滯留時間，要想在這樣短的時間內(nèi)完成壓縮、增壓，并與燃料在超聲速流動狀態(tài)迅速、均勻穩(wěn)定地完成低損失、高效率的摻混、點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)動機的長度和熱負(fù)荷。因此，應(yīng)對發(fā)動機尺寸、形狀、燃料種類、噴注器設(shè)計、燃燒機理等多方面的因素進(jìn)行綜合性理論和試驗研究。

2、燃燒室的設(shè)計

由于來流不均勻，超燃沖壓發(fā)動機的燃燒室的工作非常復(fù)雜。因此，燃燒室的設(shè)計和試驗特別是超聲速燃燒過程的研究非常重要。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)動機燃燒室的研究發(fā)展還主要依靠試驗。高超聲速推進(jìn)系統(tǒng)研究對試驗設(shè)備的要求很高，要模擬的氣動參數(shù)變化范圍大。而且，只有有限的試驗可在地面進(jìn)行，大部分問題必須通過飛行試驗解決。

3、一體化設(shè)計

超燃沖壓發(fā)動機的機體/發(fā)動機的一體化設(shè)計是非常復(fù)雜的技術(shù)，包括氣動力一體化、結(jié)構(gòu)設(shè)計一體化、燃料供應(yīng)和冷卻系統(tǒng)設(shè)計一體化和調(diào)節(jié)控制設(shè)計一體化。

4、材料

這兩項技術(shù)是超燃沖壓發(fā)動機的基本技術(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，同時需要燃料在工作過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。對于導(dǎo)彈來說，由于機動性和長時間儲存要求，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。如果SJX61－1工作的好，將保持現(xiàn)有的設(shè)計不變，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)動機中，燃料還作為冷卻劑。達(dá)到一個熱平衡，使發(fā)動機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)動機”計劃下，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)動機的某處，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)動機”計劃下，出于結(jié)構(gòu)上的考慮，發(fā)動機的流路可能是圓形的或橢圓形的。這將加劇燃料進(jìn)入燃燒流的問題。解決這個問題的方案是采用在第一級噴射器后有第二級噴射器的串聯(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，因此也帶來了其他一些問題。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)在實驗室條件下利用非干涉的基于光學(xué)的診斷技術(shù)在一臺運行的超燃沖壓發(fā)動機種確定了火焰的實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)動機上。