新概念发动机

反射膨胀波
p 0
排出
《飞机推进系统原理》
脉冲爆震发动机的工作循环
带PDE加力燃烧室的涡轮风扇发动机
《飞机推进系统原理》
40 35 30 25 20 15 10
5 0
0.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.42.62.83.03.23.43.63.84.0
《飞机推进系统原理》
《飞机推进系统原理》
《飞机推进系统原理》
《飞机推进系统原理》
m/s
《飞机推进系统原理》
atm
Ma0~10，H0~50km
kg/(kg.h)
燃料空气混合物
P 0
V 0 起爆爆震波
《飞机推进系统原理》
燃料混合物
p 1
生成的膨胀波
爆震波
p
p 1
2
p
0
爆震波
p
p 0
3
V 0
P 0
《飞机推进系统原理》
《飞机推进系统原理》
《飞机推进系统原理》
涡轮喷气 发动机
碳氢燃料 氢燃料
亚燃冲压 发动机
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超燃冲压 发动机
火箭 发动机
不同M数下各种发动机比冲性能比较
《飞机推进系统原理》
比冲：发动机推力与消耗的燃 料流量的比值。
I F /Wf
对于高超音速飞机，要想在整 个飞行Ma数范围都达到较好的比 冲性能，只能采用组合发动机。
HyFly样机
《飞机推进系统原理》
HyFly地面试验
据报道，美国空军近年来重新启动了空天飞机计划。美国战略 司令部已经制定了研制空天飞机的计划，按该计划，2025年将研制 出一架真正意义的空天飞机，其飞行速度将达到15马赫，携带多种武 器（12000磅有效载荷），在2小时内打击10350英里（16650公里） 距离上的目标，可与多种不同的目标进行交战，并进行目标重新确定， 可重复使用。
《飞机推进系统原理》
2001年6月，X-43A的第一次试飞因导航系统故障而被迫 启动自爆程序， 最终坠入了太平洋。
B-52轰炸机挂载X-43试验示意图
2004年3月，X-43A 进行的第二次试飞取得成功，Ma达 到6.8，飞行了约22千米。
2004年11月，X-43A进行的第三次试验，飞行Ma达到 9.8，再次刷新飞行速度的世界纪录。
《飞机推进系统原理》
变循环发动机
《飞机推进系统原理》
➢ 通过改变发动机一些部件的几何形状、尺寸或位置来改变 其热力循环的燃气涡轮发动机。
《飞机推进系统原理》
➢ 爬升、加速和超声速飞行时：发动机涵道比减小，以接近 涡喷发动机的性能，以增大推力。
《飞机推进系统原理》
➢ 起飞和亚声速飞行时：发动机涵道比增大，以涡扇发动机 状态工作，降低耗油率和噪声。
《飞机推进系统原理》
火箭 发动机
冲压 发动机
火箭基 组合发动机
燃气发生器 扩压器出口堵盖 助推器药柱 助推器喷管
发动机喷管
进气扩压器
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助推补燃室
喷管组件
液体推进剂燃气发生器
进气扩压器
《飞机推进系统原理》
燃烧室
尾喷管
RBCC推进系统在工作 过程中因飞行马赫数的不同， 经历不同的工作模态。一般 来说，随着马赫数M的增大， RBCC将经历4种主要工作模 态：引射模态（0＜M＜3）、 冲压模态（3＜M＜6）、超 燃冲压模态（6＜M＜8）和 纯火箭模态（M＞8）。
X-43使用氢燃料的超燃冲压发动机
X-43A
X-43B
X-43C
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X-43D
《飞机推进系统原理》
2010年5月，X-51A 成功地进行了Ma数 4.5－5的加速飞行试 验
从2001年开始,美国国防高级研究计划局(DARPA)和海军联合开展 了“高超声速飞行验证计划”(HyFly)，为期4年,目标是发展最高巡航速 度 Ma=6、射程1110km的巡航导弹，发动机为普通碳氢燃料的超燃冲 压发动机。
换热预冷却发动机试验
40 35 30 25 20 15 10
5 0
0.0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 2.4 2.8 3.2 3.6 4.0
《飞机推进系统原理》
T
*
T
1
1 2
M
2 b
《飞机推进系统原理》
《飞机推进系统原理》
《飞机推进系统原理》
《飞机推进系统原理》
《飞机推进系统原理》
《飞机推进系统原理》
《飞机推进系统原理》
《飞机推进系统原理》
1986-1994 年间 ,美国由 NASA 主持 开展X-30“国家空天飞机”计 划 (NASP),进行了空天飞机的概念研究、方案设计及主要关键技术的机理 研究、模型试验和数值模拟。
1995年,NASA在 NASP的基础上 ,开展了 “Hyper-X”计划。
涡轮 发动机
冲压 发动机
《飞机推进系统原理》
涡轮基 组合发动机
从结构布 局来划分，涡 轮基组合循环 发动机布局型 式主要有两种： 串联式布局和 并联式布局。
《飞机推进系统原理》
串联式TBCC发动机方案 并联式TBCC发动机方案
(a) 低速工作状态（旁路打开）
《飞机推进系统原理》
(b) 高速工作状态（旁路关闭）
《飞机推进系统原理》
喷流预冷却发动机结构
《飞机推进系统原理》
喷流介质和喷流位置
《飞机推进系统原理》
喷流预冷却发动机性能与传统发动机比较
《飞机推进系统原理》
喷流预冷却发动机与固体火箭发动机比较
日本的换热预冷却发动机（ATREX）原理图
《飞机推进系统原理》
《飞机推进系统原理》
换热预冷却器
《飞机推进系统原理》
(a) 低速工作状态
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(b) 高速工作状态
基于火箭发动机的组合循环发动机 （Rocket Based Combined Cycle， 简称RBCC）将高推重比、低比冲的火箭 发动机和低推重比、高比冲的吸气式冲压 发动机有机地组合在一起，充分发挥两种 推进方式的优势和特色，从而在很宽的飞 行马赫数下，实现了良好的性能，也使航 天推进高效性与经济性的最佳组合成为可 能。
涡轮/冲压 组合循环发动机 火箭/涡轮/冲压 组合循环发动机
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火箭/冲压 组合循环发动机
火箭/涡轮 组合循环发动机
基于涡轮发动机的组合循环 发动机（Turbine Based Combined Cycle，简称TBCC）， 组合形式为涡轮发动机＋冲压发动 机（亚燃冲压、超燃冲压或双模态 超燃冲压发动机），也称吸气式组 合发动机。
《飞机推进系统原理》
➢ 20世纪60年代国外就开始VCE的研究。 ➢ 1971年，美国航宇局（NASA）开始实施超声速巡航研究