[发明专利]空气涡轮火箭冲压组合推进系统

说明书

本发明涉及一种空气涡轮火箭冲压组合推进系统，包括空气涡轮火箭发动机的核心机，核心机设置在所述空气涡轮火箭的中心流道内，核心机的外围设置有机匣，在机匣内设有冲压隔离段流道，所述冲压隔离段流道的前端对应中心流道的进口设置有第一模态转换阀，所述冲压隔离段流道的末端对应压气机的出口设置有第二模态转换阀；在第二模态转换阀后方设置有第一燃烧室；核心机的涡轮出口设置有第二燃烧室，第二燃烧室的外壁上设置有用于保证发动机燃烧状态的可调喉道；本发明通过串联形式，将ATR和超燃冲压发动机有机的组合在一起，提升组合发动机在转模态时的性能不足和拓宽发动机的飞行速域，增强了发动机在每个模态下的性能。

技术领域

本发明涉及一种航天推进系统，具体是一种涡轮火箭冲压组合推进系统。

背景技术

飞行器的任务需求越来越复杂，飞行器对推进系统提出的要求越来越苛刻，发动机要在大空域，高速度，宽速域的飞行剖面上工作，实现快速、经济、可重复性使用的目标。提高组合发动机宽速域的方法的办法之一是将两种速域宽的发动机有机的组合在一起，同时两种发动机的工作范围有较大的重叠部分，且在重叠部分两种发动机性能较高。由于飞行任务的复杂性，发动机需要较高的推重比、较低的耗油率，较大的推力，同时结构简单，能够零速起飞，能适应在不同速域有较好的性能等等。但是目前还没有一种发动机能完全满足以上需要。

根据组合发动机的原则，将ATR和双模态超燃发动机串联组合到一起，将两种发动机的命名缩写为ATRR(ATR空气涡轮火箭发动机-Air-Turbo-Rocket，R-冲压发动机-Ramjet)。预冷ATR发动机工作在Ma0～4，飞行在Ma3～4时ATR发动机性能下降，超燃发动机开始工作，在4Ma超燃冲压发动机的性能满足飞行器的需求，最后超燃冲压发动机一直工作到7Ma。这种组合达到了地面起飞，比冲相对较高，结构简单，避免了TBCC转模态的推力不足问题，发动机虽然有火箭，但是组合发动机比冲高于火箭，增加了飞行器的航程，相同的飞行器重量提高有效载荷。

美国在1976年获得了涡轮-冲压的变结构组合发动机专利，专利号US418547，该发动机通过变几何的形式将发动机工作速域拓宽，可以在涡轮和冲压两个模态工作但是由于工作范围较小，不能满足空天往返的需求。

美国1991年获得了涡轮-冲压火箭组合推进系统的专利，专利号为US5052176，该发明通过变几何改变发动机工作模态的组合发动机，可以工作在涡轮、冲压和火箭模态。工作范围在Ma0-20。由于亚燃燃烧室在高马赫时使用性能较差，发动机加速性不好。

专利号为201610538339.6，专利名称为涡轮火箭组合冲压发动机及其工作方法的发明创造中，提出了将ATR与RBCC发动机并联组合的一种形式，其中低速Ma0-2使用ATR发动机，Ma2以上采用RBCC发动机。该发动机具有自加速、长航程、变弹道、高比冲等特点。该发明由于并联结构导致发动机过重，推重比较低。

专利号为20142055786.2，发明名称为组合动力轴对称变几何进气道、发动机及飞机的发明创造中提出一种组合发动机变几何形式，进气道通过调整进气锥改变发动机进气道的形式实现发动机宽范围工作，该发明通过改变进气锥来调整发动机流量，但不能满足两个流道的流量需求。

以上虽然都是组合推进系统，但是没有一种能够完全满足飞行需求的发动机，其中或者重量过大，或者性能在一定飞行区域内不好，等等因素，而本发动机的技术可以克服目前发动机性能，重量的矛盾问题。

目前还没有关于ATRR串联组合推进系统的学位论文与学术论文。