2020年全球增压燃烧研究进展综述|发动机|火箭|燃烧室|超声速

2020年，增压燃烧（PGC）在发电、推进和火箭领域取得了诸多进展。美国国家航空航天局（NASA）授予了三个全新的火箭式旋转爆震发动机（RDRE）研究合同，以及在三个太空技术研究协会的支持下授予了“小企业技术转化”阶段1合同，用于RDRE的燃烧诊断。

6月，欧盟资助了“促进增压燃烧集成、研究和教育”（INSPIRE）项目，来自欧盟和美国的15名博士生对PGC发动机开展了研究。欧洲航天局授予了比利时冯·卡门研究所项目合同，要求通过数值仿真和真实试验研究脉冲爆震技术应用于航天器推进器的可能性，希望极大提升航天器姿态控制系统的寿命。该研究工作已经在7月份启动。

在美国空军研究实验室的资助下，INSpace公司和普度大学研发和试验了全新的高压5000磅（2270千克）等级的RDRE燃烧室，其使用直射式液氧作为氧化剂。

航空喷气•洛克达因公司在政府和内部经费支持下，研发了吸气式旋转爆震发动机分析工具和热端部件，验证在使用先进燃料时大范围飞行条件下的可用性。

7月，阿拉巴马大学优化了100千赫兹粒子成像速度仪，以测量旋转爆震发动机（RDE）尾喷口高度周期性的亚声速-超声速流场，寻找降低推力性能的局部流场。同时，加州大学洛杉矶分校研究了高速、兆赫兹、光学诊断方法，使用可调的中波段红外激光器现场测量环形RDRE流场的压力、温度和组分，并可预判波速和推力。

海军研究生学校研究了燃烧室进口出口面积比效应和与压升有关的燃烧室间隙宽度。2020年早期，加州理工大学与空军技术研究所合作，设计并试验了两种缓燃增压燃烧系统。从2月起，两个来自普度大学的学生团队与美国能源部合作，把RDE与超声速轴流涡轮进行了集成，并优化了扩散器。把PGC与涡轮机械相结合可显著提高燃气涡轮发动机的性能，这项研究工作将为未来基于PGC的全新发动机架构奠定基础。

1月，俄罗斯萨蒙诺夫联邦研究中心研发了爆震加力燃烧室，安装在TJ100S-125喷气发动机中并进行了地面试验。试验表明，相比传统加力燃烧室，可降低30%的油耗。该机构同时研究了脉冲爆震水冲压发动机，其通过周期性的水射流，推进舰船前进。在日本，名古屋大学和日本航空航天探索局（JAXA）制造了爆震发动机飞行模型，将在2021年发射S-520-31探空火箭。

美国国家航空航天局格林研究中心面向燃气涡轮发动机研究了脉动燃烧和RDE系统，并使用数值仿真研究了RDRE。美国海军研究实验室研究了无内柱和有内柱RDE的波系。无内柱RDE使用空桶或使用惰性气体替代内柱，并在燃烧室后使用了收敛扩张和内塞式喷管。在这一年中，该实验室与北卡莱罗纳大学合作研究了RDE内的不稳定爆震波，与阿拉巴马大学研究了径向RDE，以提高火箭动力的推进性能。

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来源 | 美国AIAA

图片 | 互联网

作者 | 袁成航空工业信息中心

编辑 | 陈培

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