深度|國內外固沖發(fā)動機關鍵技術已有較大突破 或將成未來主要火箭動力
采用固沖發(fā)動機的超聲速巡航導彈射程遠,突防能力強,且成本低,可靠性高,作戰(zhàn)相應快,已成為世界各國研究熱點。
固體火箭沖壓發(fā)動機(SDR)簡稱固沖發(fā)動機,也稱管道火箭,是一種組合沖壓發(fā)動機。將固體火箭發(fā)動機與沖壓發(fā)動機進行組合,以沖壓空氣攜帶的氧作為氧化劑,降低推進劑中氧化劑含量,提高發(fā)動機比沖,相比固體火箭發(fā)動機比沖提高3-5倍。固沖發(fā)動機可顯著提高以固沖發(fā)動機為動力系統的導彈射程,是新一代超聲速巡航導彈的理想動力系統。采用固沖發(fā)動機的超聲速巡航導彈射程遠,突防能力強,且成本低,可靠性高,作戰(zhàn)相應快,已成為世界各國研究熱點。
固沖發(fā)動機的關鍵技術包括:發(fā)動機總體設計技術、貧氧推進劑技術、燃氣流量調節(jié)技術、補燃室高效燃燒組織技術、熱防護技術、無噴管助推技術、超聲速進氣道技術、轉級技術、試驗技術、數值模擬技術等。貧氧推進劑及其在補燃室的高效燃燒組織、燃氣流量調節(jié)等技術是固沖發(fā)動機領域的特有關鍵技術。
燃氣流量調節(jié)技術
燃氣流量調節(jié)技術可實現固沖發(fā)動機推力可調,對實現固沖發(fā)動機寬包絡、大機動飛行具有重要意義。自20世紀90年代以來成為世界各國研究熱點,是新一代可變流量固沖發(fā)動機的典型特征。經過近30年的研究,國內外已突破燃氣流量調節(jié)技術。"流星"導彈固沖發(fā)動機采用了滑盤閱方案,通過對燃氣發(fā)生器壓強進行閉環(huán)控制,流量調節(jié)比達到10:1,可拓展至12:1。
貧氧推進荊技術
貧氧推進劑能量性能直接決定發(fā)動機理論性能,其點火燃燒特性影響發(fā)動機實際工作性能。但由于燃燒組織困難,燃燒效率低,含棚推進劑技術是制約固沖發(fā)動機應用的關鍵技術之一。
轉級技術
固沖發(fā)動機需要依靠助推加速至起動馬赫數才能工作,因此,帶來了助推器和沖壓發(fā)動機的工況轉換,也就是轉級過程。通常是整體式助推器結束工作后,通過轉級控制,打開進氣道人口和出口堵蓋,使空氣進人補燃室。同時燃氣發(fā)生器點火,沖壓發(fā)動機開始工作。整個轉級過程約在300-500ms內完成,但涉及物理化學過程多,伴隨著飛行器內外流場劇烈變化、堵蓋等結構件的解鎖分離、燃料的可靠點火、穩(wěn)定燃燒以及控制規(guī)律相互及可靠工作,難度較大。多次飛行試驗結果顯示,固沖發(fā)動機能否順利轉級直接關系試驗成敗。
新思界產業(yè)研究中心出具的《2021年固體沖壓發(fā)動機行業(yè)競爭對手專項調研報告》顯示,目前,國內外固沖發(fā)動機關鍵技術已取得較大突破,可支撐固沖發(fā)動機向實用化方向發(fā)展。但發(fā)動機性能與可靠性仍需進一步提高服務應用,國內技術水平與國外先進水平存在一定差距,部分技術可靠性不足,需要繼續(xù)加強關鍵技術攻關,如提高燃氣流量調節(jié)范圍和精度,提高轉級過程成功率等。
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