火箭基組合循環(huán)燃燒組織研究現(xiàn)狀

崔 朋，徐萬武，陳 健，宋長(zhǎng)青

（國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)高超聲速?zèng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南長(zhǎng)沙410073）

0 引言

火箭基組合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)[1-2]（RBCC，Rocket Based Combined Cycle）將高推重比、低比沖的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和低推重比、高比沖的吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)合起來，充分發(fā)揮了2種發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)勢(shì)[3]。在不同的工作馬赫數(shù)下，其對(duì)應(yīng)有不同的工作模態(tài)[4]，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)和效率的最佳組合。以RBCC為動(dòng)力的空天飛機(jī)可以零速度啟動(dòng)，可重復(fù)使用[5-6]，具有快速響應(yīng)和大范圍空天機(jī)動(dòng)能力，成為未來航空航天領(lǐng)域發(fā)展的重要方向[7]，也吸引了各國(guó)研究者的注意。

RBCC工作過程主要包括4個(gè)基本模態(tài)[8-10]：引射模態(tài)、亞燃沖壓模態(tài)、超燃沖壓模態(tài)和純火箭模態(tài)。劉洋論述了RBCC發(fā)動(dòng)機(jī)這4種模態(tài)可靠運(yùn)行的主要關(guān)鍵技術(shù)[11]，包括高效的燃燒組織實(shí)現(xiàn)。

燃燒組織對(duì)于RBCC性能的提升有著重要的影響。要使RBCC飛行器在每個(gè)工作模態(tài)下都有較好的性能，必然要對(duì)燃燒組織提出較高的要求。本文主要關(guān)注RBCC燃燒組織這一關(guān)鍵技術(shù)，主要論述與燃燒組織息息相關(guān)的燃料噴注方案設(shè)計(jì)、燃燒模式以及熱力喉道調(diào)節(jié)3個(gè)方面。

1 燃燒組織研究進(jìn)展

1.1 燃料噴注方案研究

燃料噴注方案包括噴注位置、噴嘴數(shù)量、噴嘴排布、噴注角度、噴注質(zhì)量流率及噴孔直徑等的設(shè)置。其中，研究最多的和較難理解的是噴注位置設(shè)置，包括噴注流向位置和是否使用輔助裝置噴注等（例如支板噴注如圖1所示[12]、凹腔前噴注如圖2所示[13]）。

圖1 支板噴注示意圖Fig.1 Schematic diagram of strut injection

圖2 凹腔前噴注示意圖Fig.2 Schematic diagram of injection ahead of cavity