空氣渦輪火箭發動機風車狀態數值仿真研究

張留歡，逯婉若

（西安航天動力研究所，陜西西安710100）

0 引言

空氣渦輪火箭發動機是航空渦輪噴氣發動機與火箭發動機的有機組合。與航空發動機空氣路與主燃燒室相通不同，ATR發動機利用流路及供應獨立的火箭發動機（或燃氣發生器）工作產生的高溫、高壓燃氣驅動渦輪，進而帶動壓氣機對來流空氣進行增壓，之后空氣進入燃燒室 (類似渦噴加力燃燒室)與渦輪出口燃氣摻混、燃燒，并通過尾噴管高速排出產生推力，見圖1。ATR發動機燃氣發生器氣體流路與空氣流路并聯，在進入燃燒室前互不影響。渦輪前燃氣參數 (總溫等)不受發動機來流空氣參數影響。這在一定程度上拓寬了ATR發動機的穩定工作包線 (馬赫數范圍可達 0～6)[1-2]。

圖1 ATR發動機（燃氣發生器循環）Fig.1 Gas generator cycle of ATR engine

以ATR發動機為動力的飛行器在飛行過程中，可能遇到無動力下壓滑翔狀態。此時，發動機關機，壓氣機轉子在來流作用下做自轉運動，發動機處于風車狀態，發動機的內流道阻力（以下簡稱內阻）等參數在很大程度上影響著整個飛行器下壓飛行的時間、距離。因此，獲得發動機風車狀態參數（包含風車轉速、內阻等參數）對飛行彈道規劃有重要意義。

在國內外研究方面，尤·阿·李特維諾夫指出在雷諾數自行模化的各飛行狀態范圍內，如果轉子沒有消耗功率，任何結構形式的發動機的所有換算參數實際上都是單值的，取決于設計馬赫數，并由此給出了計算風車轉速和內阻的計算公式[3]；王占學等人在尤·阿·李特維諾夫方法的基礎上，發展了計算燃氣渦輪發動機風車特性的理論方法[4]；……