跨介質(zhì)沖壓發(fā)動機理論性能與工作參數(shù)分析
發(fā)布時間：2021-07-31 02:14
針對空水一體跨介質(zhì)導(dǎo)彈應(yīng)用需求,提出了一種采用同一金屬基固體推進劑,能夠?qū)崿F(xiàn)在空中和水中工作的跨介質(zhì)沖壓發(fā)動機方案。分析了空中和水中典型工況下,金屬基固體推進劑配方、空/水燃比、金屬種類等對跨介質(zhì)沖壓發(fā)動機理論性能的影響。針對給定的跨介質(zhì)導(dǎo)彈飛行彈道和金屬基固體推進劑配方,對發(fā)動機設(shè)計參數(shù)進行了選取,并完成了空中和水中工作條件下發(fā)動機工作參數(shù)計算,從理論上驗證了該跨介質(zhì)沖壓發(fā)動機方案的可行性。
【文章來源】：航空學(xué)報. 2020,41(11)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：10 頁
【部分圖文】：
圖９鋁基發(fā)動機理論比沖隨水燃比變化Ｆｉｇ．９Ｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｓｐｅｃｉｆｉｃｉｍｐｕｌｓｅｏｆａｌｕｍｉ－
航空學(xué)報１２３７６４－３１．２金屬含量對發(fā)動機性能的影響鎂鋁金屬基固體推進劑的能量釋放主要來自于金屬顆粒的燃燒，理論上金屬含量越高，發(fā)動機的比沖性能越好，但金屬含量過高、氧化劑含量下降會降低推進劑的點火啟動和燃燒特性；同時粘合劑的減少也會降低固體推進劑的力學(xué)性能�？紤]到推進劑的綜合性能，金屬含量需在一定的范圍內(nèi)進行選擇。圖１是通過金屬燃料熱力計算所得出的不同鎂金屬含量下發(fā)動機理論比沖隨空燃比的變化曲線。金屬含量提高后，發(fā)動機理論比沖增大。在水中工作時，隨著發(fā)動機水燃比的變化存在最佳理論水燃比，使發(fā)動機理論比沖達(dá)到最大。表３為不同金屬含量下的推進劑一次燃燒溫度、發(fā)動機最佳理論水燃比及最大理論比沖。金屬含量增加后發(fā)動機最大理論比沖增大，一次燃燒溫度下降。圖１不同鎂金屬含量下發(fā)動機理論比沖隨空燃比的變化Ｆｉｇ．１Ｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｓｐｅｃｉｆｉｃｉｍｐｕｌｓｅｏｆｒａｍｊｅｔｗｉｔｈａｉｒ－ｆｕｅｌｒａｔｉｏｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍａｇｎｅｓｉｕｍｍｅｔ－ａｌｍａｓｓｆｒａｃｔｉｏｎｓ表３不同鎂金屬含量下發(fā)動機理論性能的變化Ｔａｂｌｅ３Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｒａｍｊｅｔｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍａｇｎｅｓｉｕｍｍｅｔａｌｍａｓｓｆｒａｃｔｉｏｎｓ鎂含量／％一次燃燒溫度／Ｋ最佳理論水燃比最大理論比沖／（Ｎ·ｓ·ｋｇ－１）５０２３２９．２７３．５０４０１３．６２５５２３０２．２７４．０６４２０４．４８６０２２１７．７４４．２１４
航空學(xué)報１２３７６４－４圖３理論比沖、補燃室理論燃燒溫度隨水燃比的變化Ｆｉｇ．３Ｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｓｐｅｃｉｆｉｃｉｍｐｕｌｓｅａｎｄｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｃｈａｍｂｅｒｗｉｔｈｗａｔｅｒ－ｆｕｅｌｒａｔｉｏ２跨介質(zhì)沖壓發(fā)動機工作參數(shù)分析２．１發(fā)動機總體要求為保證發(fā)動機設(shè)計參數(shù)的準(zhǔn)確性，本文在某固體火箭沖壓發(fā)動機動力飛行試驗氣動參數(shù)的基礎(chǔ)上，給出了一條跨介質(zhì)導(dǎo)彈彈道，如圖４所示，但這在一定程度上也限制了本文跨介質(zhì)沖壓發(fā)動機的尺寸、裝藥量和射程。該彈道由助推、高空巡航、掠海飛行、入水過渡以及水下航行５個工作階段組成。其中，助推段由助推發(fā)動機或整體式助推裝藥將導(dǎo)彈加速到跨介質(zhì)沖壓發(fā)動機接力點，高空巡航段有利于發(fā)揮沖壓發(fā)動機的巡航優(yōu)勢，在接近目標(biāo)時進入掠圖４跨介質(zhì)導(dǎo)彈彈道示意圖Ｆｉｇ．４Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｍｉｓｓｉｏｎｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｏｆｔｒａｎｓ－ｍｅｄｉｕｍａｎｔｉ－ｓｈｉｐｍｉｓｓｉｌｅ海飛行段，如圖５所示，通過入水過渡段迅速調(diào)整姿態(tài)入水，并完成動力裝置空中和水中的模態(tài)轉(zhuǎn)換，最后在水下航行段水沖壓發(fā)動機工作，完成目標(biāo)快速打擊。表４給出了彈道各工作段的飛行或航行參數(shù)，表中掠海飛行、水下巡航段射程是綜合考慮了敵艦載雷達(dá)低空探視能力［２３］以及近程防空導(dǎo)彈特性［２４］而得出的。為獲得跨介質(zhì)沖壓發(fā)動機燃?xì)獍l(fā)生器壓強、噴管喉徑、燃?xì)赓|(zhì)量流量、推力等發(fā)動機設(shè)計參數(shù)，本文以固體火箭沖壓發(fā)
【參考文獻】：
期刊論文
[1]國外固體火箭沖壓發(fā)動機飛行試驗進展[J]. 鄭凱斌,李巖芳,曾慶海. 彈箭與制導(dǎo)學(xué)報. 2018(05)
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[9]火箭助飛魚雷關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 曹小娟,王崇偉. 魚雷技術(shù). 2000(01)
博士論文
[1]鎂基水沖壓發(fā)動機內(nèi)部燃燒過程與燃燒組織方法研究[D]. 黃利亞.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2010
本文編號：3312564
【文章來源】：航空學(xué)報. 2020,41(11)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：10 頁
【部分圖文】：
圖９鋁基發(fā)動機理論比沖隨水燃比變化Ｆｉｇ．９Ｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｓｐｅｃｉｆｉｃｉｍｐｕｌｓｅｏｆａｌｕｍｉ－
航空學(xué)報１２３７６４－３１．２金屬含量對發(fā)動機性能的影響鎂鋁金屬基固體推進劑的能量釋放主要來自于金屬顆粒的燃燒，理論上金屬含量越高，發(fā)動機的比沖性能越好，但金屬含量過高、氧化劑含量下降會降低推進劑的點火啟動和燃燒特性；同時粘合劑的減少也會降低固體推進劑的力學(xué)性能�？紤]到推進劑的綜合性能，金屬含量需在一定的范圍內(nèi)進行選擇。圖１是通過金屬燃料熱力計算所得出的不同鎂金屬含量下發(fā)動機理論比沖隨空燃比的變化曲線。金屬含量提高后，發(fā)動機理論比沖增大。在水中工作時，隨著發(fā)動機水燃比的變化存在最佳理論水燃比，使發(fā)動機理論比沖達(dá)到最大。表３為不同金屬含量下的推進劑一次燃燒溫度、發(fā)動機最佳理論水燃比及最大理論比沖。金屬含量增加后發(fā)動機最大理論比沖增大，一次燃燒溫度下降。圖１不同鎂金屬含量下發(fā)動機理論比沖隨空燃比的變化Ｆｉｇ．１Ｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｓｐｅｃｉｆｉｃｉｍｐｕｌｓｅｏｆｒａｍｊｅｔｗｉｔｈａｉｒ－ｆｕｅｌｒａｔｉｏｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍａｇｎｅｓｉｕｍｍｅｔ－ａｌｍａｓｓｆｒａｃｔｉｏｎｓ表３不同鎂金屬含量下發(fā)動機理論性能的變化Ｔａｂｌｅ３Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｒａｍｊｅｔｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍａｇｎｅｓｉｕｍｍｅｔａｌｍａｓｓｆｒａｃｔｉｏｎｓ鎂含量／％一次燃燒溫度／Ｋ最佳理論水燃比最大理論比沖／（Ｎ·ｓ·ｋｇ－１）５０２３２９．２７３．５０４０１３．６２５５２３０２．２７４．０６４２０４．４８６０２２１７．７４４．２１４
航空學(xué)報１２３７６４－４圖３理論比沖、補燃室理論燃燒溫度隨水燃比的變化Ｆｉｇ．３Ｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｓｐｅｃｉｆｉｃｉｍｐｕｌｓｅａｎｄｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｃｈａｍｂｅｒｗｉｔｈｗａｔｅｒ－ｆｕｅｌｒａｔｉｏ２跨介質(zhì)沖壓發(fā)動機工作參數(shù)分析２．１發(fā)動機總體要求為保證發(fā)動機設(shè)計參數(shù)的準(zhǔn)確性，本文在某固體火箭沖壓發(fā)動機動力飛行試驗氣動參數(shù)的基礎(chǔ)上，給出了一條跨介質(zhì)導(dǎo)彈彈道，如圖４所示，但這在一定程度上也限制了本文跨介質(zhì)沖壓發(fā)動機的尺寸、裝藥量和射程。該彈道由助推、高空巡航、掠海飛行、入水過渡以及水下航行５個工作階段組成。其中，助推段由助推發(fā)動機或整體式助推裝藥將導(dǎo)彈加速到跨介質(zhì)沖壓發(fā)動機接力點，高空巡航段有利于發(fā)揮沖壓發(fā)動機的巡航優(yōu)勢，在接近目標(biāo)時進入掠圖４跨介質(zhì)導(dǎo)彈彈道示意圖Ｆｉｇ．４Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｍｉｓｓｉｏｎｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｏｆｔｒａｎｓ－ｍｅｄｉｕｍａｎｔｉ－ｓｈｉｐｍｉｓｓｉｌｅ海飛行段，如圖５所示，通過入水過渡段迅速調(diào)整姿態(tài)入水，并完成動力裝置空中和水中的模態(tài)轉(zhuǎn)換，最后在水下航行段水沖壓發(fā)動機工作，完成目標(biāo)快速打擊。表４給出了彈道各工作段的飛行或航行參數(shù)，表中掠海飛行、水下巡航段射程是綜合考慮了敵艦載雷達(dá)低空探視能力［２３］以及近程防空導(dǎo)彈特性［２４］而得出的。為獲得跨介質(zhì)沖壓發(fā)動機燃?xì)獍l(fā)生器壓強、噴管喉徑、燃?xì)赓|(zhì)量流量、推力等發(fā)動機設(shè)計參數(shù)，本文以固體火箭沖壓發(fā)
【參考文獻】：
期刊論文
[1]國外固體火箭沖壓發(fā)動機飛行試驗進展[J]. 鄭凱斌,李巖芳,曾慶海. 彈箭與制導(dǎo)學(xué)報. 2018(05)
[2]可變流量固體沖壓發(fā)動機技術(shù)研究進展與展望[J]. 霍東興,閆大慶,高波. 固體火箭技術(shù). 2017(01)
[3]Design and simulation of ex-range gliding wing of high altitude air-launched autonomous underwater vehicles based on SIMULINK[J]. Pan Changjun,Guo Yingqing. Chinese Journal of Aeronautics. 2013(02)
[4]Performance study of a water ramjet engine[J]. HUANG LiYa,XIA ZhiXun,HU JianXin & ZHU QianWen College of Aerospace and Materials Engineering,National University of Defense Technology,Changsha 410073,China. Science China（Technological Sciences）. 2011(04)
[5]超空泡魚雷特點及作戰(zhàn)使用分析[J]. 鄒玉博,周淇,成方達(dá). 中國科技信息. 2010(21)
[6]水沖壓發(fā)動機試驗水燃比選擇方法[J]. 黃利亞,夏智勛,張為華,胡建新,胡凡,趙寧. 航空學(xué)報. 2010(09)
[7]水反應(yīng)金屬燃料發(fā)動機的性能調(diào)節(jié)[J]. 胡凡,張為華,夏智勛,王中偉,繆萬波. 固體火箭技術(shù). 2007(05)
[8]水反應(yīng)金屬燃料能量特性分析[J]. 李芳,張為華,張煒,夏智勛. 固體火箭技術(shù). 2005(04)
[9]火箭助飛魚雷關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 曹小娟,王崇偉. 魚雷技術(shù). 2000(01)
博士論文
[1]鎂基水沖壓發(fā)動機內(nèi)部燃燒過程與燃燒組織方法研究[D]. 黃利亞.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2010
本文編號：3312564
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教材專著
