超燃冲压发动机技术
涡轮发动机和超燃冲压发动机的应用领域
涡轮发动机和超燃冲压发动机的应用领域1. 概述涡轮发动机和超燃冲压发动机作为先进的动力装置，正日益受到各行各业的关注和广泛应用。
它们在航空航天、汽车、船舶以及工业设备领域都具有重要的应用价值。
本文将围绕涡轮发动机和超燃冲压发动机的应用领域展开深入探讨，带您了解这两种先进动力装置的广泛应用和未来发展趋势。
2. 航空航天领域2.1 涡轮发动机涡轮发动机在航空领域具有重要地位，它被广泛应用于民航客机、军用飞机以及直升机等飞行器中。
其高效能、高可靠性和稳定的推力输出，使得现代航空器能够实现远程飞行、高速巡航和复杂飞行任务。
2.2 超燃冲压发动机超燃冲压发动机是未来航空航天领域的研究热点，其采用高温、高压的工作原理，可显著提高发动机的推力和燃烧效率，从而推动飞行器实现更高的速度和更远的航程。
未来，超燃冲压发动机有望成为下一代喷气式飞机的主要动力装置。
3. 汽车领域3.1 涡轮发动机汽车领域广泛应用着涡轮增压发动机，它利用废气能量驱动涡轮增压器增加进气量，从而提高发动机的功率输出和燃烧效率。
现代涡轮增压发动机在汽车行业被广泛用于提高动力性能和降低燃油消耗。
3.2 超燃冲压发动机虽然超燃冲压发动机目前在汽车领域还没有大规模应用，但其在未来汽车动力系统中的潜力备受关注。
超燃冲压发动机可以显著提高汽车动力性能，同时降低排放和燃油消耗，是未来引擎技术的发展方向之一。
4. 船舶和工业设备领域4.1 涡轮发动机在船舶和工业设备领域，涡轮发动机被广泛应用于各种大型船舶、发电机组和工业设备中。
其高功率、高可靠性和长期稳定运行的特点，使得涡轮发动机成为这些领域不可或缺的动力装置。
4.2 超燃冲压发动机船舶和工业设备领域对超燃冲压发动机的需求也在逐渐增加。
超燃冲压发动机能够提供更高的动力输出和更低的排放，符合现代船舶和工业设备对节能环保的要求，因此在这些领域有着广阔的应用前景。
5. 总结与展望本文围绕涡轮发动机和超燃冲压发动机的应用领域进行了深入探讨，从航空航天、汽车、船舶和工业设备领域分别进行了介绍和分析。
超燃冲压发动机 热管理
超燃冲压发动机热管理全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：超燃冲压发动机（Supercritical Combustion Ramjet，简称SCRJ）是一种新型的高速发动机，采用了超燃燃烧技术，结合了冲压发动机的特点，能够实现更高的飞行速度和更高的燃烧效率。
热管理对于SCRJ来说至关重要，它能够影响发动机的性能和寿命，保证发动机的正常运行。
热管理对SCRJ的重要性：SCRJ是一种高速发动机，工作温度非常高，燃烧室内温度可达到3000K以上，如果热管理不当，会导致发动机过热，损坏发动机零部件，甚至导致爆炸。
热管理是SCRJ发动机设计的重要组成部分，关系到发动机的性能和安全。
热管理的主要技术：1.冷却系统：SCRJ采用冷却系统来降低发动机零部件的温度，保持发动机在正常工作温度范围内。
冷却系统包括内部冷却和外部冷却两种方式。
内部冷却主要是利用发动机本身的流体循环来将燃烧室和喷嘴降温，外部冷却则采用空气或液体来冷却发动机表面。
2.燃烧控制：燃烧控制是通过调整燃料供给和空气流量来控制燃烧室内温度，保持发动机在安全工作范围内。
燃烧控制技术包括喷射式燃烧和旋流燃烧等方式，能够有效地降低燃烧室内温度，提高燃烧效率。
3.隔热材料：SCRJ发动机使用隔热材料来包裹发动机零部件，减少热量传导和辐射，防止发动机温度过高。
隔热材料有陶瓷、碳纤维等材料，能够有效地减少温度梯度，提高发动机的使用寿命。
1.性能提升：良好的热管理能够提高SCRJ的燃烧效率，降低燃料消耗，提高推力和飞行速度。
合理的燃烧控制和冷却系统能够实现发动机的最佳工作状态，提高整体性能。
2.安全保障：热管理对于SCRJ的安全性至关重要，能够保证发动机在高温环境下正常工作，防止过热导致的事故发生。
合理的热管理能够延长发动机寿命，减少维护和更换成本。
3.环保节能：SCRJ发动机采用超燃燃烧技术，具有更高的燃烧效率和更低的排放，通过热管理技术能够进一步提升能源利用率，减少对环境的影响。
超燃发动机工作原理
超燃发动机工作原理超燃冲压发动机（Scramjet）是一种无移动部件的吸气式发动机，专门设计用于在超声速（通常指马赫数大于5）飞行条件下工作。
其工作原理与常规喷气发动机不同，因为它没有旋转的压气机来压缩空气。
以下是超燃冲压发动机的主要工作原理和组成部分：1. 进气道（Intake）：超燃冲压发动机的进气道通常具有可变几何形状，用以适应不同的飞行马赫数。
当高速气流进入进气道时，会经历一系列扩张和收缩的过程，这有助于减速气流并增加其静压。
2. 收敛段和扩散段：进气道内部分为收敛段和扩散段。
收敛段减小横截面积，使得气流速度降低，压力和温度上升；扩散段则增大横截面积，进一步减速气流并进一步提高压力和温度。
3. 燃烧室（Combustion chamber）：减速后的气流进入燃烧室，在这里与喷射进来的燃料混合并燃烧。
由于气流速度仍然非常高，燃烧必须在低超声速或近音速条件下进行，这要求燃烧室设计得非常高效。
4. 膨胀喷管（Exhaust nozzle）：燃烧产生的高温气体随后进入膨胀喷管，喷管进一步加速气体，产生推力。
由于气体已经是超声速，喷管的设计不需要像亚声速发动机那样考虑复杂的膨胀过程。
超燃冲压发动机的关键挑战包括：（1）湍流燃烧控制：在超声速条件下维持稳定的燃烧是非常困难的，需要高度先进的燃烧室设计和燃料注入策略。
（2）材料和热防护：由于气流温度极高，发动机内部的材料必须能够承受极端的热应力，同时还需要有效的热防护系统。
（3）启动问题：在低速度下，超燃冲压发动机无法自行启动，需要借助其他方式（如火箭发动机）加速到足够的速度。
超燃冲压发动机适用于高超声速飞行器，如某些高速侦察飞机和高超音速武器系统。
随着技术的发展，它们在未来太空旅行和临近空间活动中可能扮演重要角色。
固体超燃冲压发动机 成本
固体超燃冲压发动机成本
固体超燃冲压发动机是一种新型的发动机技术，它利用高能量含量的固体燃料和超燃冲压技术来提高发动机的性能和效率。
这种发动机具有高推力、高效率和快速响应的特点，适用于航空航天领域以及军事应用。
固体超燃冲压发动机的成本主要包括研发成本、制造成本和运营成本三个方面。
首先是研发成本，固体超燃冲压发动机是一种高新技术产品，需要大量的研发投入。
研发成本包括人力成本、设备成本、试验成本等，通常需要数亿到数十亿的资金投入。
其次是制造成本，固体超燃冲压发动机的制造过程相对复杂，需要高精度的加工设备和材料。
制造成本包括原材料成本、加工成本、装配成本等，通常也需要数百万到数千万的资金投入。
最后是运营成本，固体超燃冲压发动机的运营成本包括燃料成本、维护成本、修理成本等。
由于固体超燃冲压发动机的性能和效率较高，运营成本相对较低，但仍需要一定的资金支出。
总的来说，固体超燃冲压发动机的成本较高，需要大量的资金投入才能研发、制造和运营。
但随着技术的不断进步和成熟，相信固体超燃冲压发动机将会在未来得到更广泛的应用和发展。
超燃冲压发动机
由于来流不均匀，超燃冲压发动机的燃烧室的工作非常复杂。因此，燃烧室的设计和试验特别是超声速燃烧过程的研究非常重要。尽管数值模拟技术已发展到了相当高的水平，但这种发动机燃烧室的研究发展还主要依靠试验。高超声速推进系统研究对试验设备的要求很高，要模拟的气动参数变化范围大。而且，只有有限的试验可在地面进行，大部分问题必须通过飞行试验解决。
超燃组合发动机
尽管超燃冲压发动机有许多优势，是高超声速飞行器的最佳吸气式动力，但它不能独立完成从起飞到高超声速飞行的全过程，因此人们提出了组合式动力的概念。早在50年代对超燃冲压概念进行论证时，人们就提出了以超燃冲压为主的组合式动力的方案，这种方案的M数范围是0~15甚至25。用于可在地面起降的有人驾驶空天飞机。至今，已经研究过的组合式超燃冲压发动机类型很多，包括涡轮/亚燃/超燃冲压、火箭/超燃冲压等。这种发动机将成为21世纪从地面起降的空天飞机的动力。超燃冲压发动机关健技术燃料的喷射、掺混、点火
航空航天中的运用
喷气式发动机的燃料燃烧需要氧气，但大气层外没有足够的氧气来维持燃烧。因此，飞往太空需要火箭推喷气式发动机
进，还要携带燃料和氧化剂。即使像航天飞机这样当今最先进的发射系统，液氧和固体氧化剂也占去了发射重量的一半，这才保证了在进入地球轨道的整个航程中，燃料能持续燃烧。超声速燃烧冲压式发动机可能是解决方法之一。它简称超燃冲压发动机，可以在攀升过程中从大气里攫取氧气。放弃携带氧化剂从飞行中获取氧气。节省重量，就意味着在消耗相同质量推进剂的条件下，超燃冲压发动机能够产生4倍于火箭的推力。经过几十年间歇式的发展，超燃冲压发动机终于插上翅膀，成为现实。研究人员计划在2007年、2008年进行关键的全尺寸发动机地面试验，并在2009年展开一系列突破技术屏障的飞行试验。主要类型 经过多年的发展，国外已研究设计过多种超燃冲压发动机的方案。主要包括普通超燃冲压发动机、亚燃/超燃双模态冲压发动机、亚燃/超燃双燃烧室冲压发动机、吸气式预燃室超燃冲压发动机、引射超燃冲压发动机、整体式火箭液体超燃冲压发动机、固体双模态冲压发动机和超燃组合发动机等。其中，双模态冲压发动机和双燃烧室冲压发动机是研究最多的两种类型。
超燃冲压发动机热效率
超燃冲压发动机热效率1. 引言随着环保和能源安全的要求逐渐提高，汽车行业也逐渐朝着高效动力系统的方向发展。
冲压发动机是近年来备受关注的一种技术，其具有高压缩比、高温度、高功率密度等特点，被认为是替代传统发动机的一种具有前景的动力源。
其中，提高冲压发动机的热效率是关键问题之一，本文将通过对冲压发动机热效率的分析，探讨超燃冲压发动机提高热效率的途径。
2. 冲压发动机的热效率冲压发动机由于具有高压缩比和高温度等特点，其热效率较传统发动机有较大提高。
热效率是指发动机输出功率与消耗燃料的比率。
通常情况下，热效率值越高，发动机的排放量和燃料消耗量就越低。
而冲压发动机由于利用高压缩比和温度等优势，其热效率值通常能够提高20%以上，达到40%以上，可以说是相当高效的一种动力系统。
3. 超燃冲压发动机的热效率超燃冲压发动机是目前冲压发动机技术的一种扩展，其能够在不增加机械结构复杂度的情况下，进一步提高燃烧过程的热效率。
超燃冲压发动机能够在燃烧室内加入额外的燃料和氧气，同时加入适量的水和催化剂，促进完全燃烧和蒸发过程，从而进一步提高热效率和动力性能。
4. 提高热效率的途径除了利用超燃冲压技术提高发动机热效率外，还可以采用以下途径：- 提高压缩比：增加压缩比能够提高燃烧室内的温度和压力，促进燃烧过程的发生和加速。
- 采用高温材料：使用高温材料能够抵御高温高压的环境，保证发动机的稳定性和寿命，并提高热效率。
- 加强燃油系统：采用高压燃油系统能够更好地控制燃料的喷射和燃烧过程，从而进一步提高热效率。
- 优化进气系统：优化进气系统能够增加燃料和空气的混合程度，进一步提高燃烧效率和热效率。
5. 结论随着能源和环保问题的不断突出，超燃冲压发动机作为一种高效、高性能的动力源渐渐替代了传统发动机，被广泛应用于航空、汽车等领域。
提高热效率是冲压发动机的关键之一，可以通过采用超燃冲压技术、加强燃油系统、优化进气系统等途径来实现。
预计冲压发动机在未来的技术和市场中将有更加宽广的发展前景。
超燃冲压发动机技术
超燃冲压发动机技术涉及到大量基础和应用科学问题, 是高 难度的高新技术。从高超声速技术发展来看高超声速技术飞 行距离实际应用还有些距离。但是, 由于高超声速巡航导弹 和空天飞机等需求的牵引, 越来越多的国家和地区仍在持续 进行超燃冲压发动机技术研究。21 世纪, 超燃冲压发动机技 术必将得到较快发展和实际应用, 必将对军事、航天、国民 经济等产生深远影响
超燃冲压发动机主要由进气道、隔离段、燃烧室与尾喷管组成. 进气道的主要功能是捕获足够的空气, 并通过一系列激波系进行压缩, 为 燃烧室提供一定流量、温度、压力的气流, 便于燃烧的组织. 隔离段是位于进气道与燃烧室之间的等直通道, 其作用是消除燃烧室的 压力波动对进气道的影响, 实现进气道与燃烧室在不同工况下的良好匹配 . 当燃烧室着火后压力升高, 隔离段中会产生一系列激波串, 激波串的长度 和位臵会随着燃烧室反压的变化而变化. 当隔离段的长度足够时, 就能保 证燃烧室的压力波动不会影响进气道. 燃烧室是燃料喷注和燃烧的地方, 超燃冲压发动机中燃料可从壁面和支板 或喷油杆喷射. 超燃冲压发动机中的火焰稳定与亚燃冲压发动机不同, 它 不能采用V型槽等侵入式火焰稳定装臵,因为它们将带来巨大的阻力, 因此 目前普遍采用凹腔作为火焰稳定器. 尾喷管则是气流膨胀产生推力的地方.
高超声速进气道从构型上可以分为二维进气道、三维侧压进 气道、轴对称进气道和内转向进气道等, 这几种进气道形式 各有优缺点, 一般根据行器的具体形式选择合理的进气道形 式. 高超声速进气道的基本构型为一个收缩通道后接一等直 或微扩通道, 其基本工作原理是利用这一收缩通道将高超声 速来流压缩减速至较低马赫数.
革命性的动力系统
首先, 由于巡航飞行马赫数远远高于传统战斗机, 现有的吸气 式发动机已不再适用. 当马赫数高于3 时由于进气道激波产生 的压缩已经很强, 不再需要压气机,而应当采用冲压发动机; 而 当马赫数达到6 左右时, 气流的总温已达1500K以上, 传统的亚 声速燃烧冲压发动机效率大大降低; 而如果保持进入发动机 的气流为超声速, 在超声速气流中组织燃烧, 发动机仍能有效 地工作, 这就是超声速燃烧冲压发动机(scramjet-supersonic combustion ramjet, SSCR). 超燃冲压发动机在Ma6 以上的性能 远高于亚燃冲压发动机, 它能工作到Ma12 » Ma15 左右
超燃冲压发动机关键技术
超燃冲压发动机关键技术
超燃冲压发动机关键技术
1、燃料
流过超燃冲压发动机的气流速度始终为超声速，空气流过飞行器体内通常只有几毫秒的滞留时间，要想在这样短的时间内完成压缩、增压，并与燃料在超声速流动状态迅速、均匀稳定地完成低损失、高效率的掺混、点火并燃烧是十分困难的，燃料与空气的掺混好坏直接影响发动机的长度和热负荷。
因此，应对发动机尺寸、形状、燃料种类、喷注器设计、燃烧机理等多方面的因素进行综合性理论和试验研究。
2、燃烧室的设计
由于来流不均匀，超燃冲压发动机的燃烧室的工作非常复杂。
因此，燃烧室的设计和试验特别是超声速燃烧过程的研究非常重要。
尽管数值模拟技术已发展到了相当高的水平，但这种发动机燃烧室的研究发展还主要依靠试验。
高超声速推进系统研究对试验设备的要求很高，要模拟的气动参数变化范围大。
而且，只有有限的试验可在地面进行，大部分问题必须通过飞行试验解决。
超燃冲压发动机
超燃冲压发动机的工作原理
• 在冲压喷气发动机的基本原理的基础上，还包括 燃料喷射和混合在超音速流场条件下的稳定技术。
超燃冲压发动机的关键技术
• • • • • • • 燃料的喷射、掺混、点火 燃烧室的设计和试验技术 发动机与机体（弹体）的一体化设计 耐高温材料和吸热燃料 火焰保持器 热平衡 火焰特性描述
• 由澳大利亚昆士兰大学的一个研究小组在 2002 年先于 NASA 成功地试验了超燃冲压发动机，首 次在飞行中产生净推力，发动机工作了 10 秒钟。
超燃冲压发动机的类型
• • • • • • • • 普通超燃冲压发动机 亚燃/超燃双模态冲压发动机 亚燃/超燃双燃烧室冲压发动机 吸气式预燃室超燃冲压发动机 引射超燃冲压发动机 整体式火箭液体超燃冲压发动机 固体双模态冲压发动机 超燃组合发动机
超燃冲压发动机
什么是超燃冲压发动机
• 超声速燃烧冲压式发动机，简称超燃冲压发动机， 即燃料在超声速气流中进行燃烧的冲压发动机。
什么是超燃冲压发动机
• 采用碳氢燃料时，飞行M数在8以下，当使用液氢 燃料时，飞行M数可达到6~25。
什么是超燃冲压发动机
• 超燃冲压发动机是实现高超声速飞行器的首要关 键技术，是目前世界各国竞相发展的热点领域之 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ。
超燃冲压发动机的发展
• 80年代中期，美国政府启动了以超燃冲压发动机 为动力的国家空天飞机计划。1994年取消该计划。 • 2004年，NASA的HyperX计划完成，成功地进行了 两次氢燃料超燃冲压发动机飞行试验。
超燃冲压发动机的发展
• X-51A计划可以看作是美国“国家空天飞机” （NASP）计划和X-43计划的一个延续。
超燃冲压发动机的发展
超燃冲压发动机原理
超燃冲压发动机原理
哇塞！你知道超燃冲压发动机吗？这东西可太厉害了！
我之前呀，听老师讲过，一下子就被它给迷住了。
超燃冲压发动机，就像是一个超级强大的动力怪兽！
想象一下，普通的发动机就像慢慢悠悠的老牛拉车，而超燃冲压发动机呢，那简直就是飞奔的猎豹！它的工作原理可神奇啦！
当飞行器飞得特别快的时候，空气就像被一股巨大的力量推着，呼呼地冲进超燃冲压发动机里。
这时候，燃料也跟着进来了，然后“砰”的一下，发生剧烈的燃烧。
你说这像不像在一个超级大的风洞里点火？风呼呼地吹，火猛地燃烧起来，产生巨大的推力，推着飞行器向前冲。
我还跟我的小伙伴们讨论过这个呢！我问他们：“你们能想象那种速度吗？一下子就飞出去老远！”他们有的睁大眼睛，摇摇头说：“想象不出来呀！”有的则兴奋地说：“那肯定超级快，像闪电一样！”
老师给我们讲的时候，说超燃冲压发动机里的气流速度快得吓人，比声音传播的速度还快好多好多倍呢！这难道不令人惊叹吗？这就好比我们跑步，普通发动机是慢慢跑，超燃冲压发动机那是“嗖”的一下就没影啦！
而且哦，这种发动机还特别轻，不像有些发动机又大又重。
它就像一个轻巧的小精灵，却有着无比强大的力量。
你想想，如果未来的飞机、火箭都用上超燃冲压发动机，那我们去太空旅行不就变得更容易了吗？说不定一天就能到月球上玩耍啦！
总之，超燃冲压发动机真的是太神奇、太厉害了，它一定会让未来的世界变得更加不可思议！。
超燃冲压发动机原理与技术分析
本科毕业论文(设计)题目：超燃冲压发动机原理与技术分析学院：机电工程学院专业：热能与动力工程系2010级热能2班姓名：王俊指导教师：刘世俭2014年 5 月28 日超燃冲压发动机原理与技术分析The Principle and Technical Analysis ofScramjet Engine摘要通过对超燃冲压发动机的基本原理与特点的介绍，比较了世界主要国家在超燃冲压理论研究与工程实际中的一些成果；结合高超音速空气动力学以及流体力学的一些基本原理，阐述进气道、隔离段、燃烧室、尾喷管的设计并进行性能分析；列举目前投入应用的几种主流构型及其选择依据；分析主要参数对超燃冲压发动机的影响；最后综合阐述超燃冲压发动机的发展趋势以及用途。
关键词：超燃冲压发动机性能分析一体化设计热循环分析Abstract:Introduction the basic principle and features of scramjet engine, comparison of major powerful countries’ theoretical researches and practical achievements on this project. Expound and analyses the design and property programmes of air inlet、isolator、combustion chamber、tailpipe nozzle with theories of hypersonic aerodynamics and hydrodynamics; Its application in several mainstream configuration and its choice; analysis of the effect of main parameters on the scramjet. Finally, the developing trend of integrated scramjet paper and usesKey words: scramjet engine property analysis integrating design Thermal cycle analys目录1 概述及原理 (1)1.1研究背景与意义 (1)1.2超燃冲压发动机基本原理 (3)1.3国内外相关研究概况 (5)1.4研究内容 (10)2系统一体化研究意义与总体热性能分析 (11)2.1系统一体化研究的意义 (11)2.2 总体热力性能分析 (12)3 超然冲压发动机核心部件设计与性能研究 (17)3.1 进气道设计与性能研究 (17)3.2 隔离段设计与性能研究 (18)3.3 燃烧室设计与性能研究 (20)3.4 尾喷管设计与性能研究 (23)4总结与展望 (28)5结语 (31)6参考文献 (32)1 概述及原理1.1研究背景与意义吸气式高超声速飞行器是指飞行马赫数大于6、以吸气冲压发动机与其组合发动机为动力、而且能在大气层和跨大气层中远程飞行的飞行器。
超燃冲压发动机技术
• 1.它可以利用大气中的氧气做为氧化剂，所以冲压发动机在 高超声速飞行时，经济性能显著优于涡喷发动机和火箭发动 机；发动机内部没有转动部件，结构简单，质量小，成本低 ，推重比高。
• 2.冲压发动机也有某些缺点：不能自身起动，需要助推器加 速到一定速度才可工作，但这个缺点并不突出；对飞行状态 的改变较敏感，当在宽马赫数范围内飞行时，要对进气道进 行调节，这样使得进气道结构复杂。
（5）波系配置难 进气道预压缩段与进气道入口段存在较为 复杂的激波誉膨胀波系，激波与边界层发生干扰之后，还会 在流场中产生更为复杂的波系结构，因此对波系进行合理配 置存在较大困难
• 过程H--2为绝热压缩, 在进气道中实现; 2--3 为等压加热, 在燃烧室中进行; 3--4 为绝热膨胀, 在尾喷管中完成; 4-H 为工质在大气中冷却的过程. 在实际工作工程中, 由于存 在多种因素导致的流动与热量损失, 冲压发动机的实际工作 效率会低于布莱顿循环的效率.
理想的冲压发动机的工作循环示意图
超燃冲压发动机技术
超燃冲压发动机技术
高超声速飞行器是指以吸气式及其组合式发动机
为动力, 在大气层内或跨大气层以Ma5 以上的速
度远程巡航飞行的飞行器. 高超声速飞行器主要
在临近空间, 以Ma6 » Ma15 的高速度巡航飞行,
其巡航飞行速度、高度数倍于现有的飞机;同时 由于采用吸气式发动机, 其燃料比冲远高于传统 火箭发动机, 而且能实现水平起降与可重复使用 , 因此空间运输成本将大大降低. 高超声速飞行 器技术的发展将导致高超声速巡航导弹、高超声 速飞机和空天飞机等新型飞行器的出现, 成为人 类继发明飞机、突破音障、进入太空之后又一个 划时代的里程碑.
革命性的动力系统
• 首先, 由于巡航飞行马赫数远远高于传统战斗机, 现有的 吸气式发动机已不再适用. 当马赫数高于3 时由于进气道 激波产生的压缩已经很强, 不再需要压气机,而应当采用 冲压发动机; 而当马赫数达到6 左右时, 气流的总温已达 1500K以上, 传统的亚声速燃烧冲压发动机效率大大降低; 而如果保持进入发动机的气流为超声速, 在超声速气流中 组织燃烧, 发动机仍能有效地工作, 这就是超声速燃烧冲 压发动机(scramjet-supersonic combustion ramjet, SS CR). 超燃冲压发动机在Ma6 以上的性能远高于亚燃冲压 发动机, 它能工作到Ma12 » Ma15 左右
超燃发动机(飞行器空气动力学报告)
“IGLA”/GLL-VK（14马赫）
GLL-AP-02（6马赫）
2. 超燃发动机的发展历史—美国
项目计 划 起止年 份 19621978 19861995 主办机 构 NAVY JHU/AP L DARPA 主要研究内容 论证使用可贮存燃料的小型舰载导弹 采用模块化 Busemann进气道 研制X-30实验型单级入轨空天飞机 研制工作范围Ma=4~15 的氢燃料超燃 冲压发动机 设计思想基于1942年 德国空气动力学家 Busemann提出的内 锥形流概念 1.低马赫数来流条件 下不能自起动 2.长度较长 是一种未来的飞机，像 普通飞机一样起飞，在 30～100公里高空的飞 行速度为12～25倍音速， 而且可以直接加速进入 地球轨道，成为航天飞 行器，返回大气层后， 像飞机一样在机场着陆。
NASP HyTech /Hyset HyFly
19961995-
3. X-43A 与 X-51A 的简介
2004年3月27日，X-43A实现了超燃冲压发动机成功点火，并推动飞行器加速 的技术，发动机工作时间11 s，最高速度达到6.83马赫。
B-52挂载飞马座固体火箭飞行到28500米
飞马座火箭开始助推加速
涡轮喷气发动机
1. 研究背景与简介—原理
冲压发动机的原理无 非就是空气以超音速 进入发动机燃烧室与 燃料混合点燃，再从 喷嘴中喷出从而获得 推力。
因为留给空气压缩，与燃料在燃烧室混合，点火， 燃烧的时间只有毫秒量级，这样也就使得发动机 的控制极其困难。
注：1.亚音速与超声速燃 烧的区分是根据燃烧室中 的气流速度。 2.后面提到的双模即是可 以在一次飞行中实现二者 的转换。
2. 超燃发动机的发展历史—前期历史
1946年,Roy就提出了借助于驻波直接 将热量加入超声速流中的可能性。 1957年4月，Shchetinkov申请了超声 速燃烧冲压发动机专利。 1958年9月，在马德里举行了第一届 国际航空科学会议，Ferri 简略地概 述了并证明在Ma =3.0的超声速气流 中实现了稳定燃烧，没有强激波。 ①氢-空气系统的化学过程和现象 20世纪60年代通用应用物理实验室 (1)超燃冲压发动机增量飞行试验飞 行器(IFTV)1965年开始； (2)1964—1968年,低速固定几何尺寸 超燃冲压发动机,无可变几何尺寸,但 是具有随飞行速度而变化的空气动力 压缩比。
超燃冲压发动机工作原理
超燃冲压发动机工作原理超燃冲压发动机（SCRAM）往往被认为是最复杂的航空发动机之一。
其高速飞行和超音速飞行速度可以使它达到非常高的推力和效率。
如果您想了解更多关于超燃冲压发动机的工作原理，本文将为您提供有关部件和操作的详细信息。
一、超燃冲压发动机的结构和组成部分1、进气道作为超燃冲压发动机的首个组成部分，进气道的作用是将空气吸入进入发动机中。
气流经过进气口并被压缩，随后经过压缩机。
2、压缩机通过旋转叶片将空气压缩，使得压缩机产生的压力形成热。
这个过程是通过增加内面积来推进压缩机旋转，所以这个过程通常被描述为是“机械注入”。
3、燃烧室经过压缩和加热后的空气和燃料混合物将被引进燃烧室。
该组成部分是发动机的冲压机压力最高的部件之一，它需要将混合物点燃并在极短的时间内燃烧完全。
4、喷嘴燃烧完全后，燃气从喷嘴中高速喷出。
直到这一步骤，这个部件看起来很像一个常规的涡轮喷气发动机。
5、超燃器超音速飞行速度使得空气压力下降很大，怎么才能做到保证正常燃烧呢？这就需要使用超燃器。
当燃气穿过了喷嘴之后，超燃器的组成部分将燃气转化为超声速并加速燃气，进一步提高推力和效率。
6、尾喷嘴这个组成部分主要是用来控制射流角度和推力，从而调整飞行器的航向和姿态。
二、超燃冲压发动机的工作原理SCRAM的工作原理与传统的涡轮喷气发动机不同，它同时使用了超音速气流和高速气流这两种类型的燃气。
当发动机启动并加速时，空气被吸入进入压缩机，接着被压缩成很高的压力。
压缩好的燃气随后经过燃烧室，在这里燃料被引入并燃烧，产生高速燃气释放。
通过超音速的加速，燃气被经过超燃器加速到非常高的速度。
随后，燃气通过尾喷嘴释放，推动飞行器前进。
在这个过程中，燃气在进入尾喷嘴之前，通过超燃器的效应增强了它的速度和压力。
这种操作使得SCRAM发动机的效率和推力特别高，但是代价是它的运作成本也非常高。
三、优势和应用SCRAM发动机虽然具有许多复杂的工作原理和高昂的成本，但它的优点在许多领域是无法比拟的。
浅谈超燃冲压发动机外形发展与优化设计
浅谈超燃冲压发动机外形发展与优化设计随着国家的经济不断发展，汽车工业也得到了飞速的发展，驱动发动机是整个汽车工业的核心技术。
冲压加工技术的出现，使得发动机的生产成本、质量、精度等方面得到了突破性改善，成为发动机制造领域的革命性技术。
本文就超燃冲压发动机外形发展与优化设计进行浅谈。
超燃发动机是指在燃烧前不将所有燃料加入氧气，而将其中一部分以气态形式储存在燃烧室中，当混合气燃烧到一定程度时再将其加入，从而达到较高的燃烧效率。
超燃发动机的优点主要体现在燃油利用率高、能量密度大、污染少以及高功率等方面。
然而，在发动机的外形设计上，也有其特殊性。
从冲压加工工艺角度看，超燃发动机的外形设计需要满足一定的冲压难度，主要体现在以下几方面。
首先，超燃发动机的燃烧室需要设计成特殊的弯曲形状，以容纳燃料储存系统，并达到较高的燃烧效率。
而且，在燃烧室内部的弧度、角度以及面积比的设计上，需要对比各种材料的弯曲易性、拉伸性等力学性质进行优化，以满足冲压、生产等方面的需求。
其次，超燃发动机在气缸壁上需要设计出用于之后储存燃料的隔层体。
这种隔层体是由多层钢片制成的，需要保证其尺寸精度，避免任何缝隙，以免燃料泄漏导致特别严重的后果。
最后，由于超燃发动机需要使用较高的压力，在发动机外形设计中，需要对每个连接口和涡轮设计进行计算和优化。
仅有的几毫米厚度的配件在高压下也能起到关键作用。
如果底盘和发动机没有完美匹配，可能会导致气密性能差、温度分布不均等问题。
在软件模拟上，CAD/CAM等计算机辅助设计软件的应用使得超燃发动机外形设计得以尽可能地优化。
计算机模拟软件可以进行材料力学、温度、流体力学等各方面与超燃发动机相关的数值计算，包括燃烧室的流路设计、翼型涡轮等高强度构件的制作等。
这些计算软件不仅提高了超燃发动机的设计精度，也大大减少了试错次数，降低了制造成本。
总之，超燃冲压发动机外形设计与优化，综合考虑其加工难度、材料力学、流体力学、传热等多方面的工艺技术，采用CAD/CAM等计算机辅助设计软件进行优化。
超燃冲压发动机发展现状
超燃冲压发动机发展现状超燃冲压发动机是目前世界上最先进的航空发动机之一，其主要特点是采用超声速燃烧技术，使其推力比传统涡扇发动机大数倍，能够带领人类进入更高速、更高高度的航空时代。
随着科技的不断进步和人类对高速、高空的需求日益增长，超燃冲压发动机的发展变得越来越重要和紧迫。
目前，世界上已有多个国家和地区投入了巨资和人力资源研发超燃冲压发动机，其中以美国和欧洲的研究最为突出。
美国NASA和欧洲航天局均在研发超燃冲压发动机上进行了大量的实验和研究。
美国的超燃冲压发动机技术被认为是目前最为先进的，尤其是美国的斯库特空气动力研究所（Sc.ch）研究出的超燃冲压发动机性能更加强大。
目前，超燃冲压发动机的主要应用领域是航空、航天、国防等方面。
超燃冲压发动机能够在航空和航天领域中带来很多的好处，如加快航空和航天飞行速度、提高升空高度、增加载荷能力等等。
在军事领域，超燃冲压发动机可以增强飞行器的战斗力，提高作战效率；在民用方面，超燃冲压发动机还可以大大缩短航班时间，提高旅客的出行效率。
虽然超燃冲压发动机产业有着广阔的前景和巨大的发展空间，但它的研发仍然面临不少的问题。
首先是技术难题，超燃冲压发动机的研发需要跨越多个学科领域，涉及物理学、化学、力学、控制论和材料学等领域，需要巨大的研发投入和跨国合作。
其次，超燃冲压发动机存在着较高的投资和研发成本，制约了其发展速度和范围。
最后，环境和安全问题是超燃冲压发动机发展的重要制约因素，其排放物和噪音对环境和人类的危害显然是需要引起关注的。
总之，超燃冲压发动机是一项高技术含量、前景广阔的产业，有着极大的拓展空间和巨大的经济效益。
虽然其研发过程中面临着一些挑战，但在科技的不断进步和人类对高速、高空的需求不断增加的背景下，超燃冲压发动机的发展势头依然良好，相信它会成为未来航空和航天领域中重要的推动力量。
超燃冲压发动机技术
推进技术本文2002206216收到,作者系中国航天科工集团三院31所高级工程师———超燃冲压发动机技术———刘小勇 摘 要 超燃冲压发动机是研究对应飞行马赫数大于6、以超声速燃烧为核心的冲压发动机技术。
它的应用背景是高超声速巡航导弹、高超声速飞机和空天飞机等。
半个世纪以来,它的研究受到了美、俄、法等国的重视。
目前,超燃冲压发动机技术已经开始进行飞行演示验证。
21世纪,超燃冲压发动机技术必将得到较快发展和实际应用,必定会对未来的军事、政治、经济等产生深远影响。
主题词 冲压发动机 超声速燃烧 超燃冲压发动机 高超声速飞行器概述冲压发动机(ramjet )属于吸气式喷气发动机类,由进气道、燃烧室和尾喷管构成,没有压气机和涡轮等旋转部件,高速迎面气流经进气道减速增压,直接进入燃烧室与燃料混合燃烧,产生高温燃气经尾喷管膨胀加速后排出,从而产生推力。
它结构简单,造价低、易维护,超声速飞行时性能好,特别适宜在大气层或跨大气层中长时间超声速或高超声速动力续航飞行。
当冲压发动机燃烧室入口气流速度为亚声速时,燃烧主要在亚声速气流中进行,这类发动机称为亚燃冲压发动机,目前得到广泛应用;当冲压发动机燃烧室入口气流速度为超声速时,燃烧在超声速气流中开始进行,这类发动机称为超燃冲压发动机,目前得到了广泛研究。
亚燃冲压发动机一般应用于飞行马赫数低于6的飞行器,如超声速导弹和高空侦察机。
超燃冲压发动机一般应用于飞行马赫数高于6的飞行器,如高超声速巡航导弹、高超声速飞机和空天飞机。
超燃冲压发动机通常又可分为双模态冲压发动机(dual modle ramjet )和双燃烧室冲压发动机(dual combustor ramjet )。
双模态冲压发动机是指发动机根据不同的来流速度,其燃烧室分别工作于亚声速燃烧状态、超声速燃烧状态或超声速燃烧/亚声速燃烧/超声速燃烧状态。
对于这种发动机如果其几何固定,通常能够跨4个飞行马赫数工作,目前研究较多的是M ∞=3(4)～7(8)的双模态冲压发动机;双模态冲压发动机如果几何可调,则能够在更宽的马赫数范围内工作,如M ∞=2～12。
超燃冲压发动机的热防护技术
中国矿业大学电力工程学院制冷设备技术进展报告姓名：班级：学号：超燃冲压发动机的热防护技术摘要热防护技术是发展高超音速的关键技术之一。
本文综合近年来高超音速飞行器中发动机的冷却方式的进展，对超燃冲压发动机的热防护技术进行简单介绍，并对未来有应用趋势的技术简述。
关键字：超燃冲压再生冷却闭式循环飞行速度超过5倍声音速度的叫做“高超声速飞行器”[1]。
高超声速飞行器有两大类，一类是在稠密大气层中较长时间飞行的“高超声速巡航飞行器”，主要有目前尚在研究发展阶段的，以超声速燃烧冲压发动机为动力的“空天飞机”和“高超声速巡航导弹”等；另一类是由火箭发动机发射到外层空间再返回地球的“再入航天器”(包括弹道式中远程导弹弹头，返回式卫星，宇宙飞船和航天飞机等)。
超燃冲压发动机是高超声速飞行的理想动力装置，结构简单、质量轻、成本低、易维护、超声速飞行时性能好，具有高比冲、高速度和大巡航推力的特性，适宜在大气层或跨大气层中长时间超声速或高超声速动力续航飞行[2]。
但是由于其工作环境极其恶劣，一般在高马赫数下飞行，飞行过程中高温空气不断向壁面传热，为了保证发动机长时间安全正常运行，维持适宜的电子元器件工作环境，所以研究超燃冲压发动机的热防护技术十分必要[3]。
超燃冲压发动机的热防护技术按原理和冷却方式分为三种：被动式、半被动式和主动式。
被动式是指采用轻质的耐烧蚀隔热材料对冷却结构进行热防护，热量被吸收或者是直接辐射出去；主动式是指利用低温冷却介质进行防护，全部热量或绝大部分被工作介质带走，主要包括发散冷却、对流冷却和气膜冷却；半被动式是指大部分热量由工作流体带走，主要有两种结构方式，热管理结构和烧蚀结构。
被动式涉及的防护与材料联系及其密切，局限性就是防护时间不宜过长，不涉及我们制冷原理。
半被动式适用于高热流长时间使用要求，有图1，热量被工作介质由高温区传至低温区，通过对流和辐射进行冷却放热。
图11.主动式：主动式中对流冷却方式应用于主体发动机喷管，如图2所示，主要是通过热量传递给冷却介质、冷却介质受热带走热量而达到冷却效果的。
浅谈超燃冲压发动机外形发展与优化设计
浅谈超燃冲压发动机外形发展与优化设计【摘要】超燃冲压发动机是一种高效、低排放的新型发动机，在航空航天领域有着重要的应用价值。
本文从发动机外形设计和优化角度出发，介绍了超燃冲压发动机的发展历程、设计特点和优化方法。
通过分析其性能优势和未来发展趋势，揭示了超燃冲压发动机在提高动力性能和降低燃油消耗方面的潜力。
关于外形发展与优化设计的重要性，文章总结了其对发动机性能和整体效率的重要影响，展望了未来研究的方向。
超燃冲压发动机外形的不断优化设计将推动航空航天技术的发展，应用前景广阔。
【关键词】超燃冲压发动机、外形设计、优化、性能优势、发展历程、挑战、研究方向、重要性、发展趋势1. 引言1.1 背景介绍超燃冲压发动机是一种高性能发动机，在航空航天领域有着广泛的应用。
随着航空技术的不断发展和进步，越来越多的研究者开始关注超燃冲压发动机的外形设计和优化。
超燃冲压发动机外形的设计和优化对发动机的性能和效率至关重要，因此引起了广泛的关注和研究。
在过去的几十年里，随着材料科学、计算机技术和流体力学等领域的发展，超燃冲压发动机的外形设计和优化得到了越来越多的关注和重视。
通过对发动机外形的优化设计，可以提高发动机的燃烧效率、减少排放和降低能耗，从而实现更高效的能量利用和更好的环境保护。
本文旨在对超燃冲压发动机的外形发展与优化设计进行探讨，通过对其发展历程、设计特点、优化方法以及性能优势的详细分析，旨在为相关领域的研究者提供参考和借鉴。
通过对未来发展趋势和挑战的分析，展望超燃冲压发动机外形设计的发展方向，促进超燃冲压发动机技术的进一步发展和完善。
1.2 研究意义通过研究超燃冲压发动机外形的发展历程，可以深入了解其演化过程和技术创新，为未来的设计提供借鉴和指导。
了解超燃冲压发动机外形设计的特点，可以帮助工程师更好地把握设计要求，提高设计效率和质量。
研究超燃冲压发动机外形的优化方法，可以进一步提升其性能和效率，实现更好的推进效果。
超燃冲压发动机高温结构与热防护技术
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12编辑ppt源自13❖ 1.它可以利用大气中的氧气做为氧化剂，所以冲压发动机在 高超声速飞行时，经济性能显著优于涡喷发动机和火箭发动 机；发动机内部没有转动部件，结构简单，质量小，成本低 ，推重比高。
❖ 2.冲压发动机也有某些缺点：不能自身起动，需要助推器加 速到一定速度才可工作，但这个缺点并不突出；对飞行状态 的改变较敏感，当在宽马赫数范围内飞行时，要对进气道进 行调节，这样使得进气道结构复杂。
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❖ 高超声速飞机
高超声速飞机在实时侦察、远程快速部署和精确打击方面 具有明显的军事价值。高超声速飞机实施实时侦察有独特的 优越性。目前, 各国主要依靠卫星和常规侦察机执行侦察任 务, 这两种侦察手段均有局限性, 特别是在对一些重大突发事 件的实时侦察方面存在明显不足。高超声速飞机具有突防能 力强, 被拦截概率小, 能深入敌纵深进行侦察的特点。
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❖ 过程H--2为绝热压缩, 在进气道中实现; 2--3 为等压加热, 在燃 烧室中进行; 3--4 为绝热膨胀, 在尾喷管中完成; 4--H 为工质 在大气中冷却的过程. 在实际工作工程中, 由于存在多种因素 导致的流动与热量损失, 冲压发动机的实际工作效率会低于 布莱顿循环的效率.
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❖ 超燃冲压发动机
冲压发动机是吸气式发动机的一种, 它利用大气中的氧气作 为全部或部分的氧化剂, 与自身携带的燃料进行反应. 与压气 机增压的航空发动机不同, 它利用结构部件产生激波来对高 速气流进行压缩, 实现气流减速与增压, 整体结构相对简单. 其工作原理是首先通过进气道将高速气流减速增压, 在燃烧 室内空气与燃料发生化学反应, 通过燃烧将化学能转变为气 体的内能. 最终气体经过喷管膨胀加速, 排入大气中, 此时喷 管出口的气体速度要高于进气道入口的速度, 因此就产生了 向前的推力
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❖ 超燃冲压发动机技术涉及到大量基础和应用科学问题, 是高 难度的高新技术。从高超声速技术发展来看高超声速技术飞 行距离实际应用还有些距离。但是, 由于高超声速巡航导弹 和空天飞机等需求的牵引, 越来越多的国家和地区仍在持续 进行超燃冲压发动机技术研究。21 世纪, 超燃冲压发动机技 术必将得到较快发展和实际应用, 必将对军事、航天、国民 经济等产生深远影响
超燃冲压发动机技术
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超燃冲压发动机技术
高超声速飞行器是指以吸气式及其组合式发动机
为动力, 在大气层内或跨大气层以Ma5 以上的速
度远程巡航飞行的飞行器. 高超声速飞行器主要
在临近空间, 以Ma6 » Ma15 的高速度巡航飞行, 其
巡航飞行速度、高度数倍于现有的飞机;同时由于 采用吸气式发动机, 其燃料比冲远高于传统火箭 发动机, 而且能实现水平起降与可重复使用, 因此 空间运输成本将大大降低. 高超声速飞行器技术 的发展将导致高超声速巡航导弹、高超声速飞机 和空天飞机等新型飞行器的出现, 成为人类继发 明飞机、突破音障、进入太空之后又一个划时代 的里程碑.
❖ 高超声速战斗机配挂防区外攻击武器, 以高空、高速进入 或退出目标区, 或战斗机配挂高超声速防区外攻击武器, 利用 武器的高超声速实施突防、攻击, 都必将大大提高航空武器 系统的突防概率、作战生存力和作战效能。当然, 高超声速 战斗机配挂高超声速巡航导弹则更是如虎添翼
❖ 超燃冲压发动机技术进一步发展还可能用在洲际飞机上, 这
理想的冲压发动机的工作循环示意图
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❖ 传统的冲压发动机首先通过进气道将来流速度滞止为Ma0.3 以下的低速气流, 然后在气流中喷注燃料、组织燃烧, 称之为 亚燃冲压发动机.
空天飞机(包括跨大气层飞机) 将作为反卫星武器平台、监视 和侦察平台、天基系统的支援平台, 在未来的空间控制和空 间战中将发挥重要作用: 迅速回收或更换与国家安全密切相 关的失效或失误的航天器(如卫星等) ;检查来历不明和可疑的 轨道飞行目标; 捕捉或摧毁不友好的航天器; 当航天器观察到 地面或空间出现严重事件时, 可用空天飞机迅速查明情况, 救 援处于困境或生病的宇航员或使他们摆脱困境。
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超燃冲压发动机的应用背景
❖ 1.高超声速巡航导弹
具有快速反应能力、相当高的突防概率、具有很强的穿透 力。凭借其高速度, 在很短时间(不超过10min)内就能够打击 近千千米以外的目标。美国发展巡航导弹的重要目标就是增 强快速反应与打击能力, 尤其是打击机动目标, 如导弹发射架 、航空母舰等高价值机动目标。高超声速巡航导弹能有效地 遏制地基、机载、舰载预警及武器系统整体功能的发挥。在 满足命中精度要求的条件下, 高超声速巡航导弹的巨大动能 能有效地提高对加固目标(包括深埋地下目标) 等目标的毁伤 概率
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革命性的动力系统
❖ 首先, 由于巡航飞行马赫数远远高于传统战斗机, 现有的吸气 式发动机已不再适用. 当马赫数高于3 时由于进气道激波产生 的压缩已经很强, 不再需要压气机,而应当采用冲压发动机; 而 当马赫数达到6 左右时, 气流的总温已达1500K以上, 传统的亚 声速燃烧冲压发动机效率大大降低; 而如果保持进入发动机 的气流为超声速, 在超声速气流中组织燃烧, 发动机仍能有效 地工作, 这就是超声速燃烧冲压发动机(scramjet-supersonic combustion ramjet, SSCR). 超燃冲压发动机在Ma6 以上的性能 远高于亚燃冲压发动机, 它能工作到Ma12 » Ma15 左右
种洲际飞机飞行速度约为Ma =5～6 , 航程达数万公里, 各大洲
之间约2h 即可到达, 有很大的潜在市场。
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❖ 空天飞机
能够象普通飞机一样起飞, 以高超声速在大气层中飞行, 在 30km ～100km高空的飞行速度可达12～25 倍声速; 能够直接 加速进入地球轨道; 能安全返回并再入大气层, 象普通飞机一 样在大气层中滑翔并降落; 能够重复使用。