期刊在线 | 多级会切磁场等离子体推力器研究进展

来源：中国科协航空发动机产学联合体

自从协和客机2003年退役后，超声速民用客机就逐渐淡出大众视线，但人类对于超声速民航飞行所带来的便捷性与经济性的追求与热情始终没有减褪。早在20世纪60,70年代，超声速客机的研究就已成为民航运输领域的重要方向，美国在XB-70，超声速运输等一系列计划支持下对Ma3~Ma5量级的超声速客机进行了广泛研究，日本在20世纪80年代末HYPR计划中提出了Ma5级民用客机方案设想。但受高超声速飞行技术不够成熟与相应动力装置缺失等因素的影响，相关计划和产品最终均未得到实际应用[1,2,3,4]。

近年来，随着X-51，FALCON等超声速/高超声速技术研究计划的不断推进，美国先后提出了SR72，Manta等多种高超声速飞行器概念，同时在革新涡轮加速器（RTA）、高马赫数涡轮发动机（HiMate）、组合循环发动机（CCE）等计划支持下，具有宽范围高经济性的涡轮冲压组合（TBCC）发动机技术也得到了长足进步，超声速/高超声速飞行技术逐渐从军用领域向民用领域发展。2004年欧盟在LAPCAT计划中推出了Ma4级和Ma8级的超/高超声速民用客机发展思路，2018年以来美国波音公司和初创公司也先后提出Ma4级超声速客机方案[5,6,7,8,9,10,11,12]。

超声速客机具有工作范围宽、爬升加速快等特点，目前国外提出的超声速客机大多采用TBCC发动机作为动力方案，其研究工作主要集中在超声速客机的气动外形和结构设计上，对宽工作范围内TBCC发动机特性与超声速客机需求的匹配性研究较少，而国内研究集中在巡航导弹、飞机及配装动力的一体化设计方法上，对TBCC发动机的设计牵引不足[13,14,15,16,17]。

为分析TBCC发动机与超声速客机任务需求的匹配性，本文基于典型涡轮发动机、冲压发动机工作特性与Ma4级飞行器特性，采用飞/发一体化设计方法，对配装TBCC发动机的Ma4级客机应用方案进行了研究分析，为TBCC发动机在民航领域的应用提供参考。

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设计概念与任务规划

1.1 飞/发一体化设计分析概念

飞/发一体化设计是开展飞行器及其配装动力概念方案设计及可行性分析的初始步骤，一般是基于先验的飞行器升阻特性、重量特性与发动机推力特性，通过评估动力装置能否满足飞行器在飞行剖面内提出的机动性需求、载荷要求和航程要求，确定飞行器与配装动力的匹配性。具体包括针对飞行器机动性要求的约束分析过程与针对飞行器载荷和航程需求的任务分析过程[15,16]。

（1）约束分析方法

约束分析是将飞机机动性需求与发动机推力需求建立联系的分析方法。根据基于能量守恒的飞/发一体化分析方法[15]，将飞行器看作运动质点，在飞行器整个飞行过程中存在以下关系：