双燃烧室冲压发动机对硼基推进剂的促燃效果

doi:10.7527/S1000-6893.2025.31788

流体力学与飞行力学

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双燃烧室冲压发动机对硼基推进剂的促燃效果

吴宪举¹^,², 魏志军¹(), 王云辉¹, 周凌¹, 冯滢¹

^1.北京理工大学宇航学院，北京 100081
^2.台州学院航空工程学院，台州 318000

收稿日期:2025-01-09 修回日期:2025-02-18 接受日期:2025-05-06 出版日期:2025-09-25 发布日期:2025-05-08
通讯作者: 魏志军 E-mail:wzj@bit.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(U21B2086)

Combustion enhancement effect of dual combustor ramjet engines on boron-based propellants

Xianju WU¹^,², Zhijun WEI¹(), Yunhui WANG¹, Ling ZHOU¹, Ying FENG¹

^1.School of Aerospace Engineering，Beijing Institute of Technology，Beijing 100081，China
^2.School of Aeronautical Engineering，Taizhou University，Taizhou 318000，China

Received:2025-01-09 Revised:2025-02-18 Accepted:2025-05-06 Online:2025-09-25 Published:2025-05-08
Contact: Zhijun WEI E-mail:wzj@bit.edu.cn
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(U21B2086)

摘要/Abstract

摘要：

为研究双燃烧室冲压发动机（DCR）构型对硼基推进剂的促燃效果及其对发动机性能的增益，选取超燃冲压发动机（SCR）作为对比。结果表明，相较于SCR，得益于亚燃室的高温高压环境，DCR在马赫数5＠高28 km（工况1）和马赫数6＠高30 km（工况2）下均能有效促进硼基推进剂的燃烧；且总压损失较小，发动机性能较好。在工况1，DCR在1.5、2、2.5 m发动机长度下的燃烧效率较SCR分别高26.6%、27.2%和23.8%，比冲分别高1 964、1 970、1 406 m/s；在工况2，DCR对应燃烧效率较SCR分别高27.9%、22.3%和22.9%，比冲分别高1 615、1 393、960 m/s。发动机长度越短，DCR相较于SCR的性能优势越显著，表明在空间受限的应用场景中优先选用DCR构型。

关键词: 双燃烧室冲压发动机, 超燃冲压发动机, 硼基推进剂, 燃烧效率, 比冲

Abstract:

To investigate the combustion enhancement effect of the Dual Combustor Ramjet engine （DCR） configuration on boron-based propellants and its contribution to engine performance， the scramjet engine （SCR） was selected for comparison. The results indicate that， compared to SCR， the DCR effectively promotes the combustion of boron-based propellants under the conditions of Ma=5 at 28 km height （Case 1） and Ma=6 at 30 km height （Case 2）， benefiting from the high-temperature and high-pressure environment of the subsonic combustor， while maintaining relatively low total pressure loss and better engine performance. In Case 1， the combustion efficiency of DCR is higher than that of SCR by 26.6%， 27.2%， and 23.8% for engine lengths of 1.5 m， 2 m， and 2.5 m， respectively， with specific impulses of 1 964 m/s， 1 970 m/s， and 1 406 m/s. In Case 2， DCR shows combustion efficiencies higher than SCR by 27.9%， 22.3 %， and 22.9 %， with specific impulses of 1 615 m/s， 1 393 m/s， and 960 m/s， respectively. The shorter the engine length， the more pronounced the performance advantage of DCR over SCR， indicating that DCR is preferable in space-constrained application scenarios.

Key words: dual combustor ramjet, scramjet, boron-based propellant, combustion efficiency, specific impulse

中图分类号:

V435

吴宪举, 魏志军, 王云辉, 周凌, 冯滢. 双燃烧室冲压发动机对硼基推进剂的促燃效果[J]. 航空学报, 2025, 46(18): 131788.

Xianju WU, Zhijun WEI, Yunhui WANG, Ling ZHOU, Ying FENG. Combustion enhancement effect of dual combustor ramjet engines on boron-based propellants[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2025, 46(18): 131788.

图/表 14

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表1

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参考文献 41

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主管单位：中国科学技术协会主办单位：中国航空学会北京航空航天大学

类型	L₁	L₂	L	R₁	R₂
DCR	590	670	1 500	1 200	600
	690	790	2 000	2 200	1 800
	690	1 290	2 500	2 200	1 800
SCR	500	690	1 500	1 200	600
	600	790	2 000	2 200	1 800
	600	1 290	2 500	2 200	1 800

类别	气相			凝相
类别	H₂	CO	B	B<s>	C<s>
质量分数/%	4.5	21	4.5	52.5	17.5

工况	流量/（kg·s^-1）	发动机类型	燃烧室入口总温/K	燃烧室入口总压/MPa	超燃/亚燃气流配比	燃烧室入口马赫数
工况1	3.11	DCR	1 235	0.67（0.32）	1∶2	2.5（0.3）
工况1	3.11	SCR	1 235	0.67		2.5
工况2	3.45	DCR	1 694	1.36（0.36）	1∶2	3（0.3）
工况2	3.45	SCR	1 694	1.36		3

工况	类型	发动机长度/m	总压恢复系数/%	燃烧效率/%	比冲/（m·s^-1）
工况1	SCR	1.5	10.1	64.6	7 524
		2	9.4	65.9	8 418
		2.5	11.1	69.8	9 184
	DCR	1.5	25.6（16.9）	91.2	9 489
		2	25.1（16.6）	93.1	10 388
		2.5	25.1（16.6）	93.6	10 590
工况2	SCR	1.5	6.5	63.7	6 383
		2	6.2	69.0	7 248
		2.5	7.3	71.4	7 809
	DCR	1.5	19.5（10.2）	91.6	7 998
		2	19.5（10.2）	91.3	8 641
		2.5	19.5（10.2）	94.3	8 769

双燃烧室冲压发动机对硼基推进剂的促燃效果

Combustion enhancement effect of dual combustor ramjet engines on boron-based propellants

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