深度|国内外固冲发动机关键技术已有较大突破或将成未来主要火箭动力

2021-05-30 10:50

采用固冲发动机的超声速巡航导弹射程远，突防能力强，且成本低，可靠性高，作战相应快，已成为世界各国研究热点。

固体火箭冲压发动机（SDR）简称固冲发动机，也称管道火箭，是一种组合冲压发动机。将固体火箭发动机与冲压发动机进行组合，以冲压空气携带的氧作为氧化剂，降低推进剂中氧化剂含量，提高发动机比冲，相比固体火箭发动机比冲提高3－5倍。固冲发动机可显著提高以固冲发动机为动力系统的导弹射程，是新一代超声速巡航导弹的理想动力系统。采用固冲发动机的超声速巡航导弹射程远，突防能力强，且成本低，可靠性高，作战相应快，已成为世界各国研究热点。

固冲发动机的关键技术包括：发动机总体设计技术、贫氧推进剂技术、燃气流量调节技术、补燃室高效燃烧组织技术、热防护技术、无喷管助推技术、超声速进气道技术、转级技术、试验技术、数值模拟技术等。贫氧推进剂及其在补燃室的高效燃烧组织、燃气流量调节等技术是固冲发动机领域的特有关键技术。

燃气流量调节技术

燃气流量调节技术可实现固冲发动机推力可调，对实现固冲发动机宽包络、大机动飞行具有重要意义。自20世纪90年代以来成为世界各国研究热点，是新一代可变流量固冲发动机的典型特征。经过近30年的研究，国内外已突破燃气流量调节技术。＂流星＂导弹固冲发动机采用了滑盘阅方案，通过对燃气发生器压强进行闭环控制，流量调节比达到10：1，可拓展至12：1。

贫氧推进荆技术

贫氧推进剂能量性能直接决定发动机理论性能，其点火燃烧特性影响发动机实际工作性能。但由于燃烧组织困难，燃烧效率低，含棚推进剂技术是制约固冲发动机应用的关键技术之一。

转级技术

固冲发动机需要依靠助推加速至起动马赫数才能工作，因此，带来了助推器和冲压发动机的工况转换，也就是转级过程。通常是整体式助推器结束工作后，通过转级控制，打开进气道人口和出口堵盖，使空气进人补燃室。同时燃气发生器点火，冲压发动机开始工作。整个转级过程约在300－500ms内完成，但涉及物理化学过程多，伴随着飞行器内外流场剧烈变化、堵盖等结构件的解锁分离、燃料的可靠点火、稳定燃烧以及控制规律相互及可靠工作，难度较大。多次飞行试验结果显示，固冲发动机能否顺利转级直接关系试验成败。

新思界产业研究中心出具的《2021年固体冲压发动机行业竞争对手专项调研报告》显示，目前，国内外固冲发动机关键技术已取得较大突破，可支撑固冲发动机向实用化方向发展。但发动机性能与可靠性仍需进一步提高服务应用，国内技术水平与国外先进水平存在一定差距，部分技术可靠性不足，需要继续加强关键技术攻关，如提高燃气流量调节范围和精度，提高转级过程成功率等。