王想义,张 磊,张若凌,蒋 劲

中国空气动力研究与发展中心 高超声速冲压发动机技术重点实验室,四川 绵阳 621000

0 引 言

作为吸气式高超声速飞行器的典型动力装置,超燃冲压发动机是一种飞行马赫数(Ma)大于5、以大气中的氧气作为氧化剂、能够长时间运行的推进装置。与其他飞行器的发动机相比,超燃冲压发动机具有速度快、比冲高、航程远、经济安全、可重复使用等优点。美国和俄罗斯等航空航天大国都将超燃冲压发动机作为研究的重点,并开展了大量的理论及试验研究工作[1-4]。

超燃冲压发动机燃烧室的热防护技术是当今的研究热点。当飞行速度为Ma＝6时,来流气体总温超过1600 K,燃烧室内燃烧气流的温度将高达2700 K,即使最先进的材料也无法长时间承受如此高的温度[5]。目前普遍认为,飞行马赫数高于5．5时,长时间运行的燃烧室可以采用主动冷却结构来实现冷却,即采用飞行器自身携带的碳氢燃油先对燃烧室壁面进行主动冷却,然后再注入燃烧室内进行燃烧[6-7]。主动冷却燃烧室的工作过程如图1所示。

图1 主动冷却燃烧室的工作过程示意Fig.1 The working process and active cooling of combustor

主动冷却燃烧室点火后,冷却通道内燃油温度逐渐升高,最终达到稳定工作状态。在起动过程中,液体碳氢燃油流过细小冷却管道时会带走热量使燃烧室固壁得到冷却,与此同时燃油温度会逐渐升高。稳定工作时,冷却通道出口燃油为高温高压(温度＞900 K,压力＞3 MPa)状态[8-9],燃油物性显著变化,增大了喷注控制的难度。……