深度|國(guó)內(nèi)外固沖發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵技術(shù)已有較大突破 或?qū)⒊晌磥?lái)主要火箭動(dòng)力
采用固沖發(fā)動(dòng)機(jī)的超聲速巡航導(dǎo)彈射程遠(yuǎn),突防能力強(qiáng),且成本低,可靠性高,作戰(zhàn)相應(yīng)快,已成為世界各國(guó)研究熱點(diǎn)。
固體火箭沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)(SDR)簡(jiǎn)稱固沖發(fā)動(dòng)機(jī),也稱管道火箭,是一種組合沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)。將固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)與沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行組合,以沖壓空氣攜帶的氧作為氧化劑,降低推進(jìn)劑中氧化劑含量,提高發(fā)動(dòng)機(jī)比沖,相比固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)比沖提高3-5倍。固沖發(fā)動(dòng)機(jī)可顯著提高以固沖發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力系統(tǒng)的導(dǎo)彈射程,是新一代超聲速巡航導(dǎo)彈的理想動(dòng)力系統(tǒng)。采用固沖發(fā)動(dòng)機(jī)的超聲速巡航導(dǎo)彈射程遠(yuǎn),突防能力強(qiáng),且成本低,可靠性高,作戰(zhàn)相應(yīng)快,已成為世界各國(guó)研究熱點(diǎn)。
固沖發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)包括:發(fā)動(dòng)機(jī)總體設(shè)計(jì)技術(shù)、貧氧推進(jìn)劑技術(shù)、燃?xì)饬髁空{(diào)節(jié)技術(shù)、補(bǔ)燃室高效燃燒組織技術(shù)、熱防護(hù)技術(shù)、無(wú)噴管助推技術(shù)、超聲速進(jìn)氣道技術(shù)、轉(zhuǎn)級(jí)技術(shù)、試驗(yàn)技術(shù)、數(shù)值模擬技術(shù)等。貧氧推進(jìn)劑及其在補(bǔ)燃室的高效燃燒組織、燃?xì)饬髁空{(diào)節(jié)等技術(shù)是固沖發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域的特有關(guān)鍵技術(shù)。
燃?xì)饬髁空{(diào)節(jié)技術(shù)
燃?xì)饬髁空{(diào)節(jié)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)固沖發(fā)動(dòng)機(jī)推力可調(diào),對(duì)實(shí)現(xiàn)固沖發(fā)動(dòng)機(jī)寬包絡(luò)、大機(jī)動(dòng)飛行具有重要意義。自20世紀(jì)90年代以來(lái)成為世界各國(guó)研究熱點(diǎn),是新一代可變流量固沖發(fā)動(dòng)機(jī)的典型特征。經(jīng)過(guò)近30年的研究,國(guó)內(nèi)外已突破燃?xì)饬髁空{(diào)節(jié)技術(shù)。"流星"導(dǎo)彈固沖發(fā)動(dòng)機(jī)采用了滑盤閱方案,通過(guò)對(duì)燃?xì)獍l(fā)生器壓強(qiáng)進(jìn)行閉環(huán)控制,流量調(diào)節(jié)比達(dá)到10:1,可拓展至12:1。
貧氧推進(jìn)荊技術(shù)
貧氧推進(jìn)劑能量性能直接決定發(fā)動(dòng)機(jī)理論性能,其點(diǎn)火燃燒特性影響發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工作性能。但由于燃燒組織困難,燃燒效率低,含棚推進(jìn)劑技術(shù)是制約固沖發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一。
轉(zhuǎn)級(jí)技術(shù)
固沖發(fā)動(dòng)機(jī)需要依靠助推加速至起動(dòng)馬赫數(shù)才能工作,因此,帶來(lái)了助推器和沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的工況轉(zhuǎn)換,也就是轉(zhuǎn)級(jí)過(guò)程。通常是整體式助推器結(jié)束工作后,通過(guò)轉(zhuǎn)級(jí)控制,打開進(jìn)氣道人口和出口堵蓋,使空氣進(jìn)人補(bǔ)燃室。同時(shí)燃?xì)獍l(fā)生器點(diǎn)火,沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)開始工作。整個(gè)轉(zhuǎn)級(jí)過(guò)程約在300-500ms內(nèi)完成,但涉及物理化學(xué)過(guò)程多,伴隨著飛行器內(nèi)外流場(chǎng)劇烈變化、堵蓋等結(jié)構(gòu)件的解鎖分離、燃料的可靠點(diǎn)火、穩(wěn)定燃燒以及控制規(guī)律相互及可靠工作,難度較大。多次飛行試驗(yàn)結(jié)果顯示,固沖發(fā)動(dòng)機(jī)能否順利轉(zhuǎn)級(jí)直接關(guān)系試驗(yàn)成敗。
新思界產(chǎn)業(yè)研究中心出具的《2021年固體沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手專項(xiàng)調(diào)研報(bào)告》顯示,目前,國(guó)內(nèi)外固沖發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵技術(shù)已取得較大突破,可支撐固沖發(fā)動(dòng)機(jī)向?qū)嵱没较虬l(fā)展。但發(fā)動(dòng)機(jī)性能與可靠性仍需進(jìn)一步提高服務(wù)應(yīng)用,國(guó)內(nèi)技術(shù)水平與國(guó)外先進(jìn)水平存在一定差距,部分技術(shù)可靠性不足,需要繼續(xù)加強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān),如提高燃?xì)饬髁空{(diào)節(jié)范圍和精度,提高轉(zhuǎn)級(jí)過(guò)程成功率等。
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