ATR發動機高馬赫數工作特性仿真研究

劉 軼，南向誼，李光熙，王 祎

(西安航天動力研究所，陜西 西安 710100)

0 引言

空氣渦輪火箭(air turbo rocket，ATR)發動機是一種由發生器燃氣驅動的渦輪基組合動力，對支撐飛行器靈活進出臨近空間具有極大的技術優勢。其相比傳統渦輪發動機具有更高的推重比，可實現飛行器水平起降、加速爬升；最高工作馬赫數可達到4，與沖壓發動機組合可實現速域的無縫銜接；相比火箭發動機具有顯著的比沖優勢，且具有可重復使用特點。同時，ATR發動機以液體燃氣發生器為核心組件，依靠大變比燃氣發生器，實現最大10∶1的燃氣流量調節，可實現發動機寬范圍變工況工作能力，并具有較強適應性和可控性，是新型臨近空間飛行平臺和武器裝備的優選動力。

ATR發動機作為加速型動力，通常與巡航型動力，如亞燃/超燃沖壓發動機組合應用，可最大限度發揮其功用。研究ATR發動機在高馬赫數的工作特性，有利于拓寬渦輪基發動機的工作邊界，有助于其與沖壓發動機在狀態切換時制定調節策略。通常在發動機設計點參數固定的情況下，影響發動機工作特性的主要變量有燃氣發生器流量、進氣道的喘振裕度(通過進氣道喉部面積調節實現)和噴管的喉部面積。發動機可工作的狀態下必須保證進氣道和壓氣機處于安全邊界內，防止進氣道不起動、壓氣機失速或堵塞等情況發生，此時上述影響發動機的多個變量的協同、匹配就顯得尤為重要。