提问:2022年7月4日,由西北工业大学航天学院空天组合动力创新团队牵头研制的“飞天一号”火箭冲压组合动力在西北某基地成功发射。国际首次验证了煤油燃料火箭冲压组合循环发动机火箭/亚燃、亚燃、超燃、火箭/超燃的多模态平稳过渡和宽域综合能力,突破了热力喉道调节、超宽包线高效燃烧组织等关键技术,飞行试验圆满成功。——请问一下,这个是不是昨天的奇异天象?能不能介绍一下这种技术?
回答:奇异天象那个是7.3夜间发射的,这个是昨天白天试射的。
冲压空气喷气发动机,简称冲压发动机,是一种适合在超声速和高超声速飞行器上使用的吸气式发动机,主要由超声速进气道、燃烧室、收敛扩张尾喷管和燃料供给系统等构成。
冲压发动机工作时,高速气流在进气道内经过激波压缩实现减速增压,完成布雷顿热力循环中的工质增压过程,压缩空气进入燃烧室与燃料掺混燃烧形成高温高压燃气,燃气经尾啧管膨胀加速,在热能转变为动能的同时,利用反作用力原理产生推力。与涡轮喷气发动机相比,冲压发动机在高速飞行状态下,利用激波压缩的气动原理实现增压,从而不再需要压气机、涡轮等部件,也消除了旋转热端部件对来流总温和燃烧温度的限制,因此它可以在更高的马赫数下工作,也可以加入更多热量而产生更大的单位迎面推力。与火箭发动机相比,由于冲压发动机不需携带氧化剂,其比冲可提高4~6 倍,更适合远航程飞行。特别是液体冲压发动机,因氧化剂完全来自于大气,比冲较携带贫氧固体燃料的固体冲压发动机更高。
由于冲压发动机具有结构简单、推重比大、比冲高,以及适应在大气层和临近空间空域内超声速飞行的特点,其研究得到了持续的关注。经过一个世纪的不懈努力,冲压发动机技术已经实现了广泛的工程应用。目前,冲压发动机逐渐成为继液体火箭发动机、固体火箭发动机之后最重要的航天动力技术,正处于飞速发展的应用拓展期。
对布局紧凑性的要求促成了整体式冲压发动机技术的发展和应用,冲压发动机与火箭助推器共用燃烧室空间,提高了导弹的容积利用率;旁侧或腹部进气道技术、突扩组织燃烧技术、被动热防护技术、整体式发动机转级技术也由此出现。
部件技术方案的丰富使冲压发动机的型谱更加多样化,在液体冲压发动机之外,固体冲压发动机、固液冲压发动机、组合发动机等技术方案相继形成。
目前冲压发动机已经成为超声速和高超声速巡航动力的主要选择,作为组合动力的重要基础,冲压发动机技术也推动着组合发动机技术和空天飞行技术的蓬勃发展。
当前先进的涡轮冲压组合发动机具有可零速启动、工作模态多样、全包线比冲高、航程远、可重复使用等突出优点,成为高速无人机及临近空间飞行器的理想动力装置,在民用方面可以作为远程快速运输的飞行器动力装置。
而火箭冲压组合循环发动机更可大幅拓宽动力装置工作范围,实现跨大气层工作,将为远程快速投送和可重复使用天地往返运输提供动力支持,是未来最具前景的空天动力之一,在空间利用、太空探索的飞行活动中发挥更大的作用。为适应未来超声速飞行器大空域、远航程、大机动、高速巡航飞行以及可重复使用的发展方向,新一代高性能冲压发动机及其组合发动机需要进一步深入研究应用以下关键技术:可变几何流道设计技术、新型组织燃烧技术、主被动热防护技术、复杂环境适应性技术、先进控制技术、结构高可靠性设计技术和新型材料应用技术等。这些技术的掌握将使快速到达和空天往返逐步成为现实。
火箭冲压组合循环工作模式相当复杂,可在涡扇、亚燃、超燃三种模式之间过度。
