冲压发动机技术原理及性能挑战

　　冲压发动机技术

　　冲压发动机技术既不新鲜，也不难，至少在纸上是这样。然而，在导弹上安装这样的动力装置，对推进设计人员提出了相当大的要求。冲压发动机的吸引力在于它在导弹飞行过程中提供了更大的射程和更高的平均速度，有效巡航速度为3马赫。然而，与固体火箭推进剂导弹不同的是，目前的冲压发动机设计要有效地发挥作用，需要在接近马赫数2的速度下点火。这就要求将冲压发动机推进与固体火箭助推器结合使用。冲压发动机的点火顺序本身提出了许多设计问题。燃烧室必须清除固体助推器的成分。在俄罗斯和法国的冲压发动机设计中，这是通过通过排气喷嘴喷射这些物质来实现的。目前正在研究技术，以规避这一困难。

　　冲压发动机原理

　　假设冲压式喷气发动机成功点火，则必须控制进气口的气流，以确保发动机不会随后熄火，至少在任何啮合都太晚而不会产生任何影响之前。在飞行过程中，冲压发动机驱动的导弹会倾斜，而不是滑行，因为后者会干扰进气气流，增加发动机熄火的风险。只有在比赛的最后几秒，当瞬间的机动性是最重要的，才可以使用滑行转弯。即使真的发生了熄火，导弹也应该有足够的惯性来成功结束交战。在法国，Celerg公司（由Aerospaceal公司的推进装置和推进剂***SNPE合并而成）正在研究冲压发动机和超燃冲压发动机（燃烧室的气流是超音速的）导弹发动机。塞勒格项目主管让-玛丽·劳伦特·劳伦特说，2月份，所谓“乡村”固体燃料冲压发动机驱动导弹（在法国研究机构Onera领导的项目中）的成功试飞是向前迈出的一大步。劳伦特指出了使用固体而不是液体推进剂来制造冲压发动机有两个优点：“成本低，而且只有一个点火顺序…换句话说，助推器和冲压发动机同时点火。”塞勒格正在与美国大西洋研究公司合作开发新的推进谷物，该发动机的第二次飞行将于今年晚些时候进行。

　　冲压发动机性能

　　塞勒格的主要冲压发动机项目是超音速，常规武装，ASMP-C巡航导弹。目前正在对一个顶置式（而不是侧置式）进气道进行研究，以降低可观测性。燃烧室的气膜冷却也被作为增加导弹射程的一种方法进行研究。这使用通过燃烧室壁上小孔喷射的进气来降低壁温，使发动机温度稳定下来，从而使发动机能够持续燃烧更长时间。正在研究复合材料，以降低冲压发动机的成本和重量。”“我们将碳纤维和酚醛树脂视为成本和热量之间的最佳折衷方案，”劳伦特说。脉冲爆震波发动机具有涡轮喷气发动机循环，因此发动机可以从马赫数0开始起动（典型的冲压发动机必须在开始工作前将其增压到2-3马赫）。油耗降低，允许续航里程增加25%。脉冲频率在50到100Hz之间变化，控制脉冲频率可以使高度机动的空空导弹的推力迅速变化。

　　面临的挑战

　　在德国，戴姆勒-奔驰航空航天公司（DASA）的子公司拜仁化学公司（baerynchemie）正在开发一个冲压发动机发电厂，将用于DASA的A3M***中程空对空导弹。A3M设计中最引人注目的元素之一是它的固体推进剂管道火箭（SDR）动力装置。该导弹还有一个集成的无喷管火箭助推器，可将其加速到足以让SDR接管的速度。SDR发动机使用固体气体发生器推进剂，填充到导弹冲压燃烧室前面的中段，通过可变流量阀和气体喷射管与之分离。固体推进剂中含有大约10%的氧化剂需要燃烧它所含的燃料。氧化剂与一些燃料发生反应，像香烟一样烧掉推进剂，产生富燃料气体，进入冲压燃烧室。在这里，气体与从进气口进入的高压、高温空气混合，燃烧剩余的可燃物，产生推力。这种推进剂，就像拜仁化学公司的大多数SDR发动机一样，是以硼为基础的，其质量的40%是硼元素。拜仁化学公司开发经理汉斯?贝瑟说，人们之所以选择硼是因为它的体积热含量高，但由于硼不易燃烧，所以它一直是一个挑战。