2024年4月26日发(作者：储白容)
第４３卷第４期
２０１７年８月
航空发动机
Ａｅｒｏｅｎｇｉｎｅ
Ｖｏ１．４３ Ｎｏ．４
Ａｕｇ．２０１７
美国高超声速涡轮基组合循环发动机的进展及分析
刘红霞，梁春华，孙明霞
（中国航发沈阳发动机研究所，沈阳，ｌ１００１５）
摘要：旨在为未来空天动力技术研究和产品研制提供参考与借鉴。综述了美国高超声速涡轮基组合循环（ＴＢＣＣ）发动机的进
展，重点对与涡轮发动机有关的预研计划进行详细描述，如国家空天飞机（ＮＡＳＰ）计划、高速推进评估（ＨｉＳＰＡ）计划、猎鹰组合循环发
动机试验（ＦＡＣＥＴ）计划等。总结与归纳了ＴＢＣＣ发动机的研究发展的特点：ＴＢＣＣ发动机一直是高超声速飞行器研究的关键技术；目
前涡轮发动机的首选是现有涡轮发动机改进，未来可能选择正在预研的高速涡轮发动机或自适应发动机；冲压发动机和模态转换
技术已经取得明显进展，但还需长期深入验证。
关键词：高超声速推进系统；涡轮组合发动机；组合冲压发动机；航空发动机
中图分类号：Ｖ２３６ 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１ ０．１ ３４７７￣．ｃｎｋｉ．ａｅｒｏｅｎｇｉｎｅ．２０１ ７．０４．０１ ７
Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ａｎｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｕ．Ｓ．Ｓｕｐｅｒｓｏｎｉｃ Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｂａｓｅｄ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｃｙｃｌｅ Ｅｎｇｉｎｅ
ＬＩＵ Ｈｏｎｇ—ｘｉａ，ＬＩＡＮＧ Ｃｈｕｎ—ｈｕａ，ＳＵＮ Ｍｉｎｇ—ｘｉａ
（ＡＥＣＣ Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｅｎｇｉｎｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １１００１５，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ ｆｏｒ ｆｕｔｕｒｅ ａｅｒｏｓｐａｃｅ ｐｏｗｅｒ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｏｄｕｃｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｔｈｅ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｔ
Ｔｒｂｉｎｅ Ｂａｓｅｄ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｃｙｃｌｅ ｅｎｇｉｎｅ（ＴＢＣＣ）ａｎｄ ａｄｖａｎｃｅｄ ｐｒｏｇｒａｍｓ ｏｎ ｔｕｒｂｉｎｅ ｅｎｇｉｎｅ ｆｏｒ ＴＢＣＣ ｗｅｒｅ ｏｖｅｒｖｉｅｗｅｄ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｓｅ
ｐｒｏｇｒａｍｓ ｉｎｃｌｕｄｅ ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ａｅｒｏｓｐａｅｅ Ｐｌａｎｅ（ＮＡＳＰ），Ｈｉｇｈ—Ｓｐｅｅｄ Ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ（ＨｉＳＰＡ），Ｆａｌｃｏｎ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｃｙｃｌｅ Ｅｎｇｉｎｅ
Ｔｅｃｈｎ０ｌ０ｇｙ（ＦａＣＥＴ），ｅｔｃ．Ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ＴＢＣＣ ｉｓ ａｌｗａｙｓ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｓｕｐｅｒｓｏｎｉｃ ｆｌｉｇｈｔ ｖｅｈｉｃｌｅ，ｔｈｅ ｉｎ—ｓｅｒｖｉｃｅ ｔｕｒｂｉｎｅ
ｅｎｇｉｎｅ ｉｓ ｐｒｅｆｅｒｒｅｄ ｆｏｒ ＴＢＣＣ ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ，ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｔｍｂｉｎｅ ｅｎｇｉｎｅ ａｎｄ ａｄａｐｔｉｖｅ ｃｙｃｌｅ ｅｎｇｉｎｅ ｗｉｌｌ ｂｅ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ｆｏｒ ＴＢＣＣ ｉｎ ｆｕｔｕｒｅ，ｒａｌＴｉｊｅｔ ｆｏｒ
ＴＢＣＣ ａｎｄ ｍｏｄｅ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｕｒｂｉｎｅ ｅｎｇｉｎｅ ａｎｄ ｒａｍｊｅｔ ｎｅｅｄ ｔｏ ｂｅ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ ｄｅｅｐｌｙ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｕｐｅｒｓｏｎｉｃ ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ；ＴＢＣＣ；ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｒａｍｊｅｔ ｅｎｇｉｎｅ；ａｅｒｏｅｎｇｉｎｅ
０ 引言
高速侦察机、高速轰炸机、空天飞机等高速飞行
器，具有航程远、速度快、性能高等特点，对未来的作
战方式必将产生极其深远的影响，很可能给未来战争
进行验证，为未来吸气式可重复使用高超声速飞行器
提供动力，这标志着美国高超声速ＴＢＣＣ发动机又将
向前迈进一步。
本文回顾和总结了美国典型高超声速ＴＢＣＣ发
动机技术研究计划取得的进步和经历的弯路，以供相
关研究借鉴和参考。
带来重大变革。作为其动力的最重要选择之一，ＴＢＣＣ
发动机被西方国家，特别是美国列为优先发展的战略
性产业，不惜投入巨资加以扶持，集中高科技人才进
行大力研发，已经取得明显进展。
１ 美国高超声速ＴＢＣＣ发动机的发展历程
在２０世纪５０年代，美国就开始进行ＴＢＣＣ发动
据《航空周刊》网站２０１６年６月３０日报道【”，鉴
于在建模和制造方面取得的进展，美国国防部先进研
究计划管理局（ＤＡＲＰＡ）已经启动ＡＦＲＥ验证计划，
将再次尝试对ＴＢＣＣ发动机在Ｍａ ０～５．０内的工作
机技术的研究＿Ｔ作，此期间研制了第１种高超声速发
动机即Ｊ５８发动机，是首个走完设计、生产直至飞行
使用全过程的涡轮冲压组合发动机，其成功研制为美
国后续高超声速推进技术的发展奠定了基础。自从
收稿日期：２０１７—０３—１８ 基金项目：航空动力基础研究项目资助
作者简介：刘红霞（１９７６），女，高级工程师，主要从事航空发动机情报研究＿丁作；Ｅｍａｉｌ：ａｐｐｌｅｃｅｎｔｅｒ＠１６３．ｃｏｎｌ。
再格式：刘红霞，梁春华，孙明霞．美国高超声速涡轮基组合循环发动枧的进展及分析ＩＪ１．航空发动机，２０１７，４３（４）：９６—１０２．ＬＩＵＨｏｎｇｘｉａ，ＬＩＡＮＧ
Ｃｂｕｎｈｕａ，ＳＵＮＭｉｎｇｘｉａ．Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ａｎｄａｎａｌｙｓＬｓ ｏ￣Ｕ．Ｓ．ｓｕｐｅｒｓｏｎｉｃＴｕｒｂｉｎｅＢａｓｅｄＣｏｍｂｉｎｅｄＣｙｃｌｅ ｅｎｇｉｎｅｌＪ］．Ａｅｒｏｅｎｇｉｎｅ，２０１７，４３（４ ：９６—１０２．
第４期 刘红霞等：
二＝＝二二二二二二二二二二＝二二二二■二二二＝＿
高超 述涡轮蟮组合循环发动机的进 及分析
二二二二二二二二Ⅲｌｌ二—二二二二二二二—一————
９７
二二二
２０世纪８０年代以来，美同围防部和航空航火局
（ＮＡＳＡ）实施了与高超声速ＴＢＣＣ发动机有关的多项
研究计划如 １所示，从不同方 对尚超声速ＴＢＣＣ
发动机技术进行ｒ验证１２ｆ、，
图３ ＲＴＡ计划发展路线
ＲＴＡ计划的技术目标是住当时燃气涡轮发动机
Ｉ ｝ Ｉｕ １ ｌ‘Ⅲ ２１）（１『ｊ ｛Ｈｈ ２￣１ｌｆ） 】Ｉ ｆ１２１１
图１ 美国ＴＢＣＣ发动机技术研究计划的发展路线
（Ｊ５８）的基础上，充分利 ＡＳＴＰ、ＵＥＥＴ、ＶＡＡＴＥ计划
开发和验证的技术成果，开发和验证ＴＢＣＣ发动机，
ＮＡＳＡ刘易斯研究中心高趟声速／跨声速大气
行器（ＴＡＶ）推进系统技术研究计划包括３个子计划：
ＮＡＳＰ计划、ＨｉＭａＴＥ部件技术计划和通川高超声速
到２０ｌ０年，使其飞行速度提高２５％、推 比提高
２５０％、部件寿命延长２倍；剑２０ｌ５年，使其 行速度
提离３５％、推重比提高３７５％、关键部件寿命延长４
倍；最终，使发动机的推重比将达到１５～２０、飞行迷
度达到Ｍａ ４．０～５．０
计划 ，这些 ‘划的实施对推动美国高超声速推进系
统技术的发展至关重要，但因年代久远，且有不少父
ｒ他们的沦述文章，冈此，对这３项计 ０不做阐述
１．１ ＲＴＡ计划 ７］
ＧＥＡＥ公司 于前期 ＨｉＳＰＡ和ＨｉＭａＴＥ计划
中的研究成果，选择双外涵变循环发动机作为整个推
进系统的基本结构．．ＲＴＡ—ｌ发动机结构就足以Ｆ１２０
变循环发动机核心机作为基础设计的。
通过对ＲＴＡ一１发动机进行试验：（１）验证了采川
在２０世纪９０年代巾期，关曰总结南十低估＿ｒ超
燃冲乐发动机研制的难度，致使Ｘ—ｌ５、Ｘ一１７、Ｘ一２０、
Ｘ一２３、ｘ一２４、Ｘ一３０罔家空天飞机最终放弃或中途夭
折的教训，从ｌ９９６年开始，对高超声速导弹、高超
涡崩发动机＿ｒ作至Ｍａ ３．０，然后冉转入冲压模式Ｔ作
至Ｍａ ４．５的可行性；（２）验证了高马赫 行时，涡轮
速 行器和空灭飞行器技术的发展进行ｒ调整，确立
了以巡航导弹为突破口、而后转入其他飞行器与火地
往返运输系统的分阶段逐步发展的思路。作为先进航
天运输计划（ＡＳＴＰ）的一部分，ＮＡＳＡ于２００１年ｆ｛１集
成技术研制小组（ＩＴＤ）提…ＲＴＡ计划。Ｒ ＦＡ将搭起超
声速飞行器动力在Ｍａ３．０刮
所永
和控制系统的可靠性、耐久性及使用ＪＰ一８燃料的ＩＩ『
行性。
２００５年，由于经费币¨技术等多方面的原因，
ＲＴＡ汁划被迫结束，但其设计理念仍对日前的变循
环发动机技术发展带来了很大影响，美周及欧洲国家 ．０之间的桥梁，如同
２所示。在ＲＴＡ计划下ＴＢＣＣ的技术发展路线如 ３
仍往埘这个设计概念和方案进行研究。
１．２ ＦＡＣＥＴ计划
在２００１年，美同提出了同家航空航天倡议，重申
了以高超声速巡航导弹为“敲门砖”的发展战略。在
２００２年，ＮＡＳＡ终止了ｘ一飞行器研究计划，将太空
发射（ＳＬＩ）研究计划重构作为下一代发射技术
（ＮＧＬＴ）和轨道航天飞机（ＯＳＰ）研究计划， 点开发
与验证远景所需的系统和技术。在２００４年１月，美罔
总统布什宣布了新的太空探索倡议。在这样的背景
下，ＤＡＲＰＡ于２００５年在从美团本土运送和应用兵力
计划（ＦＡＬＣＯＮ）下开始实施ＦＡＣＥＴ计划。主承包商是
洛克希德・马丁公司（提供进气道和喷管），推进系统
图２ ＲＴＡ计划及其ＴＢＧＣ发动机发展路线
承包商是ＰＷ公司的洛克达因公司（负责研制
９８ 航空发动机 第４３卷
ＰＷ９２２ １双模态冲压发动机燃烧室）。
ＦＡＣＥＴ计划的目标是开发和验证可重复使用的、
始试验（如图５所示），在２００９年１月成功完成了初
步试验验证。试验结果表明：带火焰稳定器的发动
碳氢燃料的、Ｍａ ３．０～６．０的亚燃／超燃冲压组合循
环发动机，以降低研制猎鹰高超声速巡航飞行器
（ＨＣＶ）发动机的技术风险Ｉ Ｉ。
ＦＡＣＥＴ计划的第ｌ阶段：通过３０％缩比进气道试
验，验证了其质量和压力恢复能力，也在宽广的速度
范围下验证了维持可操作性的可调结构件的规律；通
机能使用ＪＰ８＋１００和ＪＰ１０燃料起动和连续Ｔ作，在
整个包线内获得的性能数据超过了全包线的设计
值Ｉ ；无火焰稳定器的发动机使用ＪＰ８＋１００和ＪＰｌ０
燃料，能够在只有自动点火的情况下成功地起动和
］ 作Ｉｌｌ＿ｌ ２ ｌ
过４０％缩比冲压／超燃冲压燃烧室的直连试验，验证
了在低马赫数状态时从涡喷Ｔ作状态转换时的燃烧稳
定性；通过喷管冷流静态试验，验证了总的推进效率。
ＦＡＣＥＴ计划的第２阶段：在缩比７０％流路，在Ｍａ
３．０、４．０和６．０的速度下，对由进气道、燃烧室和改进
喷管集成的涡轮基冲压组合发动机进行自由射流试
验。该试验验证了飞行Ｍａ ３．０～６．０的亚燃／超燃冲
压发动机的Ｔ作特性Ｉ Ｉ。自由射流试验模型和试验台
架安装如图４所示。初步试验结果表明，实测性能卜ｊ
汁算性能相吻合 这些试验为下＿一步的Ｍｏ３’ｒ计划打
下了较好的基础 Ｉ。
图５ ＨｉＳＴＥＤ计划发动机的小型冲压燃烧室
在ＦＡＣＥＴ计划下验证的超燃冲压发动机（Ｘ４３、
ｘ５ｌ计划验证）组合动力技术、ＨｉＳＴＥＤ计划下验征的
高速涡喷发动机技术，最终都应用在ＳＲ一７２（如图６
所示）动力系统卜
图４ ＦＡＣＥＴ自由射流试验模型及试验台架
１．３ ＨｉＳＴＥＤ计划
涡轮发动机
从起飞到Ｍａ３推力由涡轮发动机提供
—
高速涡轮发动机验证（ＨｉＳ ＦＥＤ）计‘划是ＤＡＲＰＡ
和美 空军在ＶＡＡＴＥ计划下联合实施的ｌ项研究
计划，其目的是设计、制造和验证１种高速（Ｍａ ３．０～
４．０）、短寿命涡轮发动机。该发动机是１种高温、中等
压比的单转子不带加力涡喷发动机，将为多种平台提
＝＝！曼 一
共用进气道双楼意冲压岔恭軎 蛋｝；黜 判 嘲｝舡建共用尾喷管
图６ ＳＲ一７２高超声速飞机及其动力
１．４ ＦＡＰ计划
供低成本，Ｍａ ４．０＋飞行的推进能力，使其到达日标
时间缩短８０％，并可灵活地执行超声速巡航／亚声速
待机任务。
ＨｉＳＴＥＤ计划的发动机验证机由美国空军
／ＤＡＲＰＡ投资，由ＲＲ北美技术公司（负责ＹＪ１０２Ｒ发
动机）和Ｗｉｌｌｉａｍｓ公司（负责ＸＴＥ８８／ＳＬ１发动机）合
作开发和验证。ＹＪ１０２Ｒ发动机是在Ｊ５８发动机的基
在２００６年１２月，美 ｌ 家科学和技术委员会发
布了“圈家航空研究和开发政策”文件，指 美【玉４联邦
航空研究和研制１ 作的重点之一是开展稳定的和长
期的基础领域研究；在２００９年，美国国家研究院发布
了“民用航空的十年调查一未来的基础研究”，描绘了
技术性更强的航空蓝图。这些指导性文件指 了基线
航空发展原则。在这样的背景下，ＮＡＳＡ实施了ＦＡＰ
础上，采用层板技术发展而来的１种高温、中等压比、
单转子无加力涡喷发动机，其单位推力、质量、直径和
长度分别为Ｊ５８发动机的６倍、６％、２５％和２０％。其
小型冲压燃烧室于２００８年在美国空军推进试验室开
计划，开始了基础研究和技术开发，以使未来飞行器
具有更宽广的速度范围ｌ】 Ｉ。
在２００９年之后，ＮＡＳＡ在ＦＡＰ计划下开展了高
可靠性、可重复使用发射系统（ＨＲＲＬｑ）的研究Ｔ作。
第４期 刘红霞等：美 高超声速涡轮基组合循环发动机的进展及分析
在ＨＲＲＬＳ研究中，考虑了将吸气式推进系统概念应
用于进入太空的可重复使用的吸气式发射飞行器
（ＲＡＬＶ）中。ＲＡＬＶ概念飞行器的推进系统分２级：第
台测量，以选择试车台和执行地面验证所需的试验技
术；也要完成ＭｏＴｒ试验件的方案设计，使之与所选
择的试验技术和试车台相匹配；第２阶段是完成
ＭｏＴｒ试验件的关键设计并加Ｔ，通过必要的改进使
试车台升级，并完成试验验证。
１级是采用涡轮基冲压／超燃冲压组合循环发动机；
第２级是采用火箭或火箭基组合循环发动机。ＲＡＬＶ
系统的ＴＢＣＣ继承了ＲＴＡ发动机的研究成果，其主 ＭｏＴｒ汁划中的ＴＢＣＣ发动机，整合了通过
要由前体压缩翼面、涡轮发动机、涡轮发动机进气道、
双模态超燃冲压（ＤＭＳＪ）燃烧室、ＤＭＳＪ进气道、ＤＭＳＪ
分流器、后部喷管系统等构成【Ｉ４ｌ。
ＦＡＰ计划的目标是：在２０１４年开展小尺寸、带进
气道的并联式ＴＢＣＣ发动机模态转换试验（ＣＣＥ
ＩＭＸ），以筛选进气系统设计，并验证设计性能；在
２０１５年开展大尺寸、带进气道的并联式ＴＢＣＣ发动
机模态转换试验（ＣＣＥ ＬＩＭＸ）。
ＦＡＣＥＴ计划验证的进气道、双模态冲压发动机和喷
管，以及ＨｉＳＴＥＤ ４ｔ 划研制的高速涡轮发动机，在地
面条件下进行由涡轮一亚燃冲压一超燃冲压和超
燃一亚燃一涡轮的模态转换过程试验。这是完成重复
使用、吸气式高超声速飞行所需的关键试验。
在２０ｌ０年，洛克达凶公司和洛马公司都完成了
主动冷却双模态冲压燃烧室的初女台方案设计。洛克达
囚公口Ｊ确定了模态转换验证时对试验设备的需求，并
认为ＮＡＳＡ格林研究中心推进系统试验室的连续流
ＮＡＳＡ格林研究中心在其ｌ Ｘ １超声速风洞
（ＳＷＴ） 进行了一系列小尺寸ＩＭＸ试验。试验结果
超声速风洞适合于集成系统的试验 Ｍ，，Ｔｒ计划试验
台和带高速涡轮发动机的ＭｏＴｒ ＦＢＣＣ流路如图７所
示。地而试验原计划于２０ｌ２年第１季度完成，但ｆ＝ｉ前
并未看到公开发表的结果ｌ ｌ。
表明：低速通道的整流斜板不会给高速通道的操纵带
来Ｉ木Ｊ难，通过 ＿ｊ计算结果的对比表明，ＣＦＤ ‘法对此
类双流道结构有较好的模拟能力。试验也获得了不同
流道设计方案的性能及］ 作裕度，为改进流道设计提
供了支持 、
在小尺寸ＩＭＸ试验成功的基础卜，继续开展了
ＩＪＭＸ试验，重点验证并联式ＴＢＣＣ发动机的模态转
换过程，并获得过程特性和相关限制条件，同时完成
控制系统可行性和硬件系统验证，以确定ＴＢＣＣ发动
图７ ＭｏＴｒ试验台概念图和ＴＢＧＯ发动机流路
１．６ ＳＴＥＬＲ计划
ＳＴＥＬＲ计划是ＨｉＳＴＥＤ计划的后续 ‘划，旨在研
制Ｍａ ３以 勺武器和飞行器的推进系统，其中包括
远程离岸导弹、空中发射巡航导弹、无人飞行器和能
以最大马赫数飞行ｌ ｈ的先进巡航导弹等。在２０ｌ１
年ｌ２月签订合同，预计验证工作分为２个阶段，总计
３４个月完成。第１阶段是评估现有的或新设计‘的硬
件是否达到要求。第２阶段是验证发动机的耐久性、
￣ＪＷ，Ｊ关键参数。Ｌ１ＭＸ试验 ‘划在３年内分４个阶段
在格林中心的１０ Ｘ ｌ０超声速风洞中完成，日前，前２
个阶段的］ 作已经完成，第３阶段已对控制模拟涡轮
发动机和双模态冲压发动机流道自动模态转换时的
算法进行了验证；第４阶段的验证Ｉ 作目前正在准备
之中，在新的高超声速计划的资助下，将采用ＷＪ３８
发动机和具有集成喷管的１个双模态冲压发动机，评
估推进系统模态转换算法的有效性 Ｉ。
１．５模态转换（ＭｏＴｒ）验证计划
在ＦａＣＥＴ和ＦＡＰ计划的基础卜，在２００９年，
操作性和性能。在该计划下，高速发动机的试验由
ＲＲ公司的自由丁厂和威廉姆斯 际分别进行。
在２０１５年９月，自由 ｒ厂对外公布，ＳＴＥＬＲ发
动机已经以Ｍａ ２～２．５运行了２个多小时，在接下来
的几个月时间里会达到Ｍａ ３．２。尽管ＲＲ公司从
ＨｉＳＴＥＤ计划为ＲＡＴＩ＇ＬＲＳ（时敏日标远程打击）项目
研发的ＹＪ１０２Ｒ发动机上吸取了不少经验，并应用到
ＤＡＲＰＡ投资实施了模态转换（ＭｏＴｒ）验证计划，目的
是开展飞行Ｍａ ０～６．０、碳氢燃料的吸气式推进系统
地而验证。
Ｍｏｒｒｒ计划由洛克希德・马丁公司（共用进口和喷
管）领军，推进系统分包商是ＰＷ的洛克达因公司（冲
压／超燃冲压燃烧室）和ＡＴＫ公司（试车台评估）。
ＳＴＥＬＲ计划研制的发动机卜，但还是强调“这并不是
相同的发动机”。ＳＴＥＬＲ计划研发的发动机马赫数要
低于ＹＪ１０２Ｒ发动机，但耐久性更好。ＳＴＥＬＲ发动机
可以持续以Ｍａ ２～３．２的速度运行，最终设计目标是
ＭｏＴｒ计划分为２个阶段。第ｌ阶段是完成试车
１０Ｏ 航空发动机 第４３卷
希望该发动机能够以Ｍａ ３．２速度飞行１ ｈ，或是航程
超过３２００ ｋｍ。ＳＴＥＬＲ发动机的尺寸与ＹＪ１０２Ｒ发动
现有的涡轮发动机
用于低速操作
机的相似，同样也没有加力燃烧室，但超声速的航程
更远。由于在Ｍａ ３．２时，ＳＴＥＬＲ发动机的进口温度达
到６９９ Ｋ，所以对材料的要求很高。虽然ＳＴＥＬＲ计划
的初衷是设计用于一次性高超声速巡航导弹用的发
动机，但在研究过程中挖掘出了将一次性技术转换为
双鬻挛薯噩粪 用于高速操作
图８ ＡＦＲＥ发动机的结构
镯 ■—．，
多次可重复使用的技术，由此，ＳＴＥＬＲ计划开展了进
一
步验证，以使这种高速发动机耐久性更强，使其适
用于可重复使用飞行器。
作为ＳＲ一７２高超声速飞机的备选发动机之一，
ＳＴＥＬＲ计划旨在探索近期可实现的、能够工程应用
的ＴＢＣＣ，重点在于论证“近期可实现的涡轮发动机”
和可以在较低马赫数下点火的双模态冲压发动机组
合而成的ＴＢＣＣ设计方案的可行性。美国空军希望通
过ＳＴＥＬＲ计划开发的技术，解决涡轮发动机和双模
态超燃冲压发动机模态转换时存在的推力突变问题，
搭起亚声速和超声速推进动力模块之间的桥梁。
ＳＴＥＬＲ研发的技术除了能够应用在超声速导弹的动
力上外，还为高超声速发动机研制带来了希望。
１．７ ＡＦＲＥ计划
据《航空周刊》网站在２０１６年６月３０日报道，鉴
于在建模和制造方面取得的进展，美国国防部
ＤＡＲＰＡ已经投资实施ＡＦＲＥ计划。ＡＦＲＥ计划是美
国国防部实施的ＦＡＣＥＴ计划、ＨｉＳＴＥＤ计划、ＳＴＥＬＲ
计划、ＭｏＴｒ计划的继承和发展，并借鉴了ＲＴＡ计划、
ＦＡＰ计划等的成果。
该计划将研发１款能够灵活提供从低速到高超
声速所需动力的全速域航空动力系统，将再次尝试对
ＴＢＣＣ发动机在Ｍａ ０～５．０下进行验证，拟为未来吸
气式可重复使用高超声速飞行器提供动力，ＡＦＲＥ发
动机的结构如图８所示。ＤＡＲＰＡ的１份声明写道：这
套在高超声速运行的发动机系统可以为远程军事行
动提供更短的反应时间和更高的运行效率，能够为美
国带来可观的回报。这标志着美国高超声速ＴＢＣＣ发
动机技术发展又将向前迈进一步。
ＡＦＲＥ计划是模态转换（ＭｏＴｒ）计划的持续计划。
ＭｏＴｒ计划是验证采用涡喷模式在转换到冲压／超声速
冲压之前，达到Ｍａ ３．０～４．０；而ＡＦＲＥ计划是直接采
用目前能够达到Ｍａ ２．５的发动机。ＡＦＲＥ计划的目标
是解决常规涡喷发动机在Ｍａ ２．５时仍然能够正常工
作及冲压发动机在Ｍａ＜３．５时不能有效工作的问题。
ＤＡＲＰＡ的ＡＦＲＥ计划的现成发动机，可能包括：
ＲＲ公司在ＳＴＥＬＲ下的ＹＪ１０２Ｒ发动机，其在Ｍａ
２．５～３．２下进行了试验；威廉姆斯国际公司的
ＷＪ３８—１５发动机，进行了ＴＢＣＣ进气道模态转换试
验；洛克希德・马丁公司ＳＲ一７２高超声速侦察／攻击
机的ＴＢＣＣ推进系统，其正在生产１个可控的、低阻
力的、在气动结构上能从亚音速、跨音速、超音速到高
超音速，在Ｍａ ６．０时仍然稳定工作的发动机。
该计划分为２个阶段：第１阶段将包括系统设
计、缩比和大尺寸部件验证；第２阶段为进行全尺寸
集成低速和高速流道的大尺寸直连或自由射流地面
试验。潜在竞标者于２０１６年７月１３～１４日在华盛顿
针对该项目作简要汇报，ＤＡＲＰＡ将于２０１７年财年开
始投资９００万美元资金，进行验证机的初步设计、制
造和大尺寸双模态进气道和直连燃烧室试验件试验。
２美国高超声速涡轮基组合循环发动机的发
展特点
美国ＴＢＣＣ发动机技术研究计划的发展路线如
图９所示。回顾美国ＴＢＣＣ发动机技术研究与发展历
程，可以发现以下特点。
２．１ ＴＢＣＣ发动机始终是高超声速飞行器研究的关
键技术
自２０世纪８０年代中期以来，美国一直大力开展
第４期 刘红霞等：美国高超声速涡轮基组合循环发动机的进展及分析 ｌ０ｌ
ＴＢＣＣ发动机的研究。
ＶＡＡＴＥ计划初级阶段就开始了对其的研究和验证，
已证明自适应发动机具有包线内综合性能好、耗油率
在１９８６～１９９５年，在美国空军投资的ＨｉＳＰＡ计
划和ＮＡＳＡ投资的ＨｉＭａＴＥ计划下，ＧＥＡＥ公司对
Ｍａ ４．０～６．０的发动机方案、燃料类型和热管理系统
等进行了大量且广泛的研究，研究结果表明，涡扇基
低且使飞机航程长、飞／发组合性能好、隐身性能好
及有利于热管理设计等优势，这些技术特点也是未来
高超声速空天飞机动力所需要的。
因此，在涡轮发动机方面，现成发动机是目前首
选，自适应发动机可能是未来方向。
２．３冲压发动机的关键技术还需长期深入验证
冲压组合发动机的推重比发展潜力最大Ｉ”Ｉ。
在２１世纪初，美国ＮＡＳＡ实施ＲＴＡ计划，发展
飞行速度至少可达到Ｍａ ４．０，并且维修性和操作性大
大改善的涡轮加速器。之后，美国ＤＯＤ和ＮＡＳＡ又继
超燃冲压发动机概念于２０世纪５０年代中期提
ｍ。从ｌ９６０～１９７５年，以美国空天飞机研究计划和高
续实施ＦＡＣＥＴ、ＭｏＴｒ、ＦＡＰ和ＡＦＲＥ等计划，不断地研
究和验证涡轮基组合循环发动机的组合循环过渡、发
动机／飞行器系统热管理、高温／轻质材料、流动／燃
烧的数值仿真以及设计敏感性、控制和燃料系统的小
超声速试验发动机（ＨＲＥ）研究计划为代表，开展原理
探索与验证研究。美国空军研究试验室推进理事会描
述了高超声速超燃冲压发动机技术从小型导弹到大
型ＲＬＶ的阶梯式开发途径：在１９８０～２０１０年，研发
型化等关键技术，以突破吸气式高超声速推进系统发
展所面临着一些挑战。这些计划的实施充分说明了
ＴＢＣＣ对于高超声速飞行器的重要作用。
２．２现成发动机是目前首选。自适应发动机可能是
未来方向
配装冲压发动机的高超声速导弹；在２０１０～２０１５年，
研发配装小型超燃冲压发动机的高超声速导弹和小
型发射系统；在２０１５～２０２０年，研发配装中型超燃冲
压发动机的大型高超声速导弹和小型发射系统；在
对于涡轮发动机的研究与验证更多的还是在
ＩＨＰＴＥＴ和ＶＡＡＴＥ等计划下进行。美国ＴＢＣＣ涡轮
２０２０～２０３０年，研发配装大型超燃冲压发动机的可
操作的太空进入飞行器如图１０所示。
发动机的发展路线如图１０所示。对于ＴＢＣＣ／ＲＴＡ计
划的涡轮发动机，最初选择的是Ｆ１２０发动机，原计划
最终采用ＶＡＡＴＥ计划验证的发动机（但计划因故取
超燃冲压发动机技术经过多年的研究，已经在点
火、火焰稳定、高效低阻燃烧、防热结构等关键技术取
得了一些突破，但是进气道匹配、发动机启动与模态
转换等一些重要关键技术的验证还不够充分。以氢燃
料双模态超燃冲压发动机为动力的Ｘ一４３Ａ进行了３
次飞行试验：第１次以失败告终；第２次成功达到Ｍａ
７．０，成为以空气喷气发动机为动力装置的世界上飞
消）：对 ｊ二ＳＲ一７２侦察／打击飞机ＴＢＣＣ的涡轮发动
机，可能初步选择Ｆ１００／Ｆ１ １０改发动机，最终可能选
择ＨｉＳＴＥＤ计划验证的发动机。对于ＦａＣＥＴ、ＭｏＴｒ计
划ＴＢＣＣ的涡轮发动机，选择ＨｉＳＴＥＤ计划验证的发
动机；而ＡＦＲＥ计划的涡轮发动机，选择现成的发动
机，包括ＨｉＳＴＥＤ计划验证的ＹＪ １０２Ｒ高速涡喷发动
机和ＸＴＥ８８高速小涵道比涡扇发动机，以及基于现
役成熟的Ｆ１００／Ｆ１ １０发动机的发展型发动机。
行速度最快的飞行器；第３次创造了Ｍａ ９．８的飞行
速度世界纪录，标志着吸气式高超声速飞行器技术取
得重要进展。以液体碳氢燃料双模超燃冲压发动机为
动力的Ｘ一５１Ａ计划进行４次飞行试验：第１次在Ｍａ
５．０左有Ｔ作了１４０ Ｓ取得部分成功，第２、第３次失
败，第４次于２０１３年５月１日成功完成，实现了以吸
气式超燃冲压发动机为动力的Ｍａ ５．０持续高超声速
飞行目标。ＨｙＦｌｙ验证导弹也进行了３次飞行试验，
均以失败告终。也就是说，美周的超燃冲压发动机技
术尚未成熟，还需深入的长期验证ｌｌ８Ｉ。
２．４模态转换可能一直是研究重点
作为目前最有应用前景的前沿技术之一，自适应
发动机一直得到美国政府和１ 业界的高度重视，白
模态转换白ＮＡＳＰ计划以来一直是ＴＢＣＣ发动
机需要攻克的关键技术。
美国在ＲＴＡ计划下就将验证高速与低速推进系
图１ ０美国ＴＢＣＣ发动机技术研究计划的发展路线
统一体化、模态转换和解决与推进／机体一体化有关
ｌ０２ 航空发动机 第４３卷
的关键问题列为核心研究内容。在此后的ＦＡＣＥＴ、
ＭｏＴｒ和ＡＦＲＥ等计划下，仍然将ＴＢＣＣ研究重心放
在模态转换研究方面。
在ＦＡＣＥＴ计划下，在对进气道、燃烧室和喷管分
别进行试验验证后，开展上述部件的集成，在没有真
实的涡轮发动机的情况下通过模拟涡轮流道完成了
自由射流试验，验证了涡轮发动机与冲压／超燃冲压
发动机的一体化。
在ＭｏＴｒ计划下，将洛克希德・马丁公司在ＦＡＣＥＴ
计划验证的进气道和喷管、ＨＩＳＴＥＤ计划研制的高速
涡轮发动机、ＰＷ洛克达因公司的ＰＷ９２２１双模态冲
压发动机燃烧室集成为完整的ＴＢＣＣ发动机，以演示
验证从涡喷到亚燃冲压再到超燃冲压工作模式，实现
Ｍａ ０ ６．０范围的模态转换，但在按照计划于２０１２年
进行地面试验之前，此项目就被终止了。
在将要实施的ＡＦＲＥ计划下，试图基于现有成熟
的货架涡轮发动机，完成全速域ＴＢＣＣ发动机地面模
态转换演示验证，解决常规涡喷发动机能够在Ｍａ
２．５时仍然正常工作及冲压发动机在Ｍａ＜３．５时不能
有效工作的问题，验证和确立未来吸气式可重复使用
高超声速飞行器ＴＢＣＣ推进系统的可行ｌ生。
３结束语
回顾近７０年的美国高超声速ＴＢＣＣ发动机发展
历史发现，以ＮＡＳＡ、国防部和美国空军为主导，实施
了大量的先进预研计划，无论是在涡轮发动机和超燃
冲压发动机方面，还是在涡轮发动机与超燃冲压发动
机模态转换方面，都已经取得了一定的进展。但是，高
速涡轮发动机技术还存在巨大挑战，目前还更多采用
现有发动机改进型进行ＴＢＣＣ的验证；超燃冲压发动
机技术也还需要进行深入验证。总之，ＴＢＣＣ发动机
既是现在也是未来的高超声速飞行器动力，但是近期
内还不太可能进入实际应用。
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Ａｅｒｏｅｎｇｉｎｅ．２０１３（３）：６—１１．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）
（责任编辑：张宝玲）
2024年4月26日发(作者：储白容)
第４３卷第４期
２０１７年８月
航空发动机
Ａｅｒｏｅｎｇｉｎｅ
Ｖｏ１．４３ Ｎｏ．４
Ａｕｇ．２０１７
美国高超声速涡轮基组合循环发动机的进展及分析
刘红霞，梁春华，孙明霞
（中国航发沈阳发动机研究所，沈阳，ｌ１００１５）
摘要：旨在为未来空天动力技术研究和产品研制提供参考与借鉴。综述了美国高超声速涡轮基组合循环（ＴＢＣＣ）发动机的进
展，重点对与涡轮发动机有关的预研计划进行详细描述，如国家空天飞机（ＮＡＳＰ）计划、高速推进评估（ＨｉＳＰＡ）计划、猎鹰组合循环发
动机试验（ＦＡＣＥＴ）计划等。总结与归纳了ＴＢＣＣ发动机的研究发展的特点：ＴＢＣＣ发动机一直是高超声速飞行器研究的关键技术；目
前涡轮发动机的首选是现有涡轮发动机改进，未来可能选择正在预研的高速涡轮发动机或自适应发动机；冲压发动机和模态转换
技术已经取得明显进展，但还需长期深入验证。
关键词：高超声速推进系统；涡轮组合发动机；组合冲压发动机；航空发动机
中图分类号：Ｖ２３６ 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１ ０．１ ３４７７￣．ｃｎｋｉ．ａｅｒｏｅｎｇｉｎｅ．２０１ ７．０４．０１ ７
Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ａｎｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｕ．Ｓ．Ｓｕｐｅｒｓｏｎｉｃ Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｂａｓｅｄ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｃｙｃｌｅ Ｅｎｇｉｎｅ
ＬＩＵ Ｈｏｎｇ—ｘｉａ，ＬＩＡＮＧ Ｃｈｕｎ—ｈｕａ，ＳＵＮ Ｍｉｎｇ—ｘｉａ
（ＡＥＣＣ Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｅｎｇｉｎｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １１００１５，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ ｆｏｒ ｆｕｔｕｒｅ ａｅｒｏｓｐａｃｅ ｐｏｗｅｒ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｏｄｕｃｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｔｈｅ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｔ
Ｔｒｂｉｎｅ Ｂａｓｅｄ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｃｙｃｌｅ ｅｎｇｉｎｅ（ＴＢＣＣ）ａｎｄ ａｄｖａｎｃｅｄ ｐｒｏｇｒａｍｓ ｏｎ ｔｕｒｂｉｎｅ ｅｎｇｉｎｅ ｆｏｒ ＴＢＣＣ ｗｅｒｅ ｏｖｅｒｖｉｅｗｅｄ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｓｅ
ｐｒｏｇｒａｍｓ ｉｎｃｌｕｄｅ ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ａｅｒｏｓｐａｅｅ Ｐｌａｎｅ（ＮＡＳＰ），Ｈｉｇｈ—Ｓｐｅｅｄ Ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ（ＨｉＳＰＡ），Ｆａｌｃｏｎ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｃｙｃｌｅ Ｅｎｇｉｎｅ
Ｔｅｃｈｎ０ｌ０ｇｙ（ＦａＣＥＴ），ｅｔｃ．Ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ＴＢＣＣ ｉｓ ａｌｗａｙｓ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｓｕｐｅｒｓｏｎｉｃ ｆｌｉｇｈｔ ｖｅｈｉｃｌｅ，ｔｈｅ ｉｎ—ｓｅｒｖｉｃｅ ｔｕｒｂｉｎｅ
ｅｎｇｉｎｅ ｉｓ ｐｒｅｆｅｒｒｅｄ ｆｏｒ ＴＢＣＣ ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ，ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｔｍｂｉｎｅ ｅｎｇｉｎｅ ａｎｄ ａｄａｐｔｉｖｅ ｃｙｃｌｅ ｅｎｇｉｎｅ ｗｉｌｌ ｂｅ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ｆｏｒ ＴＢＣＣ ｉｎ ｆｕｔｕｒｅ，ｒａｌＴｉｊｅｔ ｆｏｒ
ＴＢＣＣ ａｎｄ ｍｏｄｅ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｕｒｂｉｎｅ ｅｎｇｉｎｅ ａｎｄ ｒａｍｊｅｔ ｎｅｅｄ ｔｏ ｂｅ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ ｄｅｅｐｌｙ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｕｐｅｒｓｏｎｉｃ ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ；ＴＢＣＣ；ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｒａｍｊｅｔ ｅｎｇｉｎｅ；ａｅｒｏｅｎｇｉｎｅ
０ 引言
高速侦察机、高速轰炸机、空天飞机等高速飞行
器，具有航程远、速度快、性能高等特点，对未来的作
战方式必将产生极其深远的影响，很可能给未来战争
进行验证，为未来吸气式可重复使用高超声速飞行器
提供动力，这标志着美国高超声速ＴＢＣＣ发动机又将
向前迈进一步。
本文回顾和总结了美国典型高超声速ＴＢＣＣ发
动机技术研究计划取得的进步和经历的弯路，以供相
关研究借鉴和参考。
带来重大变革。作为其动力的最重要选择之一，ＴＢＣＣ
发动机被西方国家，特别是美国列为优先发展的战略
性产业，不惜投入巨资加以扶持，集中高科技人才进
行大力研发，已经取得明显进展。
１ 美国高超声速ＴＢＣＣ发动机的发展历程
在２０世纪５０年代，美国就开始进行ＴＢＣＣ发动
据《航空周刊》网站２０１６年６月３０日报道【”，鉴
于在建模和制造方面取得的进展，美国国防部先进研
究计划管理局（ＤＡＲＰＡ）已经启动ＡＦＲＥ验证计划，
将再次尝试对ＴＢＣＣ发动机在Ｍａ ０～５．０内的工作
机技术的研究＿Ｔ作，此期间研制了第１种高超声速发
动机即Ｊ５８发动机，是首个走完设计、生产直至飞行
使用全过程的涡轮冲压组合发动机，其成功研制为美
国后续高超声速推进技术的发展奠定了基础。自从
收稿日期：２０１７—０３—１８ 基金项目：航空动力基础研究项目资助
作者简介：刘红霞（１９７６），女，高级工程师，主要从事航空发动机情报研究＿丁作；Ｅｍａｉｌ：ａｐｐｌｅｃｅｎｔｅｒ＠１６３．ｃｏｎｌ。
再格式：刘红霞，梁春华，孙明霞．美国高超声速涡轮基组合循环发动枧的进展及分析ＩＪ１．航空发动机，２０１７，４３（４）：９６—１０２．ＬＩＵＨｏｎｇｘｉａ，ＬＩＡＮＧ
Ｃｂｕｎｈｕａ，ＳＵＮＭｉｎｇｘｉａ．Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ａｎｄａｎａｌｙｓＬｓ ｏ￣Ｕ．Ｓ．ｓｕｐｅｒｓｏｎｉｃＴｕｒｂｉｎｅＢａｓｅｄＣｏｍｂｉｎｅｄＣｙｃｌｅ ｅｎｇｉｎｅｌＪ］．Ａｅｒｏｅｎｇｉｎｅ，２０１７，４３（４ ：９６—１０２．
第４期 刘红霞等：
二＝＝二二二二二二二二二二＝二二二二■二二二＝＿
高超 述涡轮蟮组合循环发动机的进 及分析
二二二二二二二二Ⅲｌｌ二—二二二二二二二—一————
９７
二二二
２０世纪８０年代以来，美同围防部和航空航火局
（ＮＡＳＡ）实施了与高超声速ＴＢＣＣ发动机有关的多项
研究计划如 １所示，从不同方 对尚超声速ＴＢＣＣ
发动机技术进行ｒ验证１２ｆ、，
图３ ＲＴＡ计划发展路线
ＲＴＡ计划的技术目标是住当时燃气涡轮发动机
Ｉ ｝ Ｉｕ １ ｌ‘Ⅲ ２１）（１『ｊ ｛Ｈｈ ２￣１ｌｆ） 】Ｉ ｆ１２１１
图１ 美国ＴＢＣＣ发动机技术研究计划的发展路线
（Ｊ５８）的基础上，充分利 ＡＳＴＰ、ＵＥＥＴ、ＶＡＡＴＥ计划
开发和验证的技术成果，开发和验证ＴＢＣＣ发动机，
ＮＡＳＡ刘易斯研究中心高趟声速／跨声速大气
行器（ＴＡＶ）推进系统技术研究计划包括３个子计划：
ＮＡＳＰ计划、ＨｉＭａＴＥ部件技术计划和通川高超声速
到２０ｌ０年，使其飞行速度提高２５％、推 比提高
２５０％、部件寿命延长２倍；剑２０ｌ５年，使其 行速度
提离３５％、推重比提高３７５％、关键部件寿命延长４
倍；最终，使发动机的推重比将达到１５～２０、飞行迷
度达到Ｍａ ４．０～５．０
计划 ，这些 ‘划的实施对推动美国高超声速推进系
统技术的发展至关重要，但因年代久远，且有不少父
ｒ他们的沦述文章，冈此，对这３项计 ０不做阐述
１．１ ＲＴＡ计划 ７］
ＧＥＡＥ公司 于前期 ＨｉＳＰＡ和ＨｉＭａＴＥ计划
中的研究成果，选择双外涵变循环发动机作为整个推
进系统的基本结构．．ＲＴＡ—ｌ发动机结构就足以Ｆ１２０
变循环发动机核心机作为基础设计的。
通过对ＲＴＡ一１发动机进行试验：（１）验证了采川
在２０世纪９０年代巾期，关曰总结南十低估＿ｒ超
燃冲乐发动机研制的难度，致使Ｘ—ｌ５、Ｘ一１７、Ｘ一２０、
Ｘ一２３、ｘ一２４、Ｘ一３０罔家空天飞机最终放弃或中途夭
折的教训，从ｌ９９６年开始，对高超声速导弹、高超
涡崩发动机＿ｒ作至Ｍａ ３．０，然后冉转入冲压模式Ｔ作
至Ｍａ ４．５的可行性；（２）验证了高马赫 行时，涡轮
速 行器和空灭飞行器技术的发展进行ｒ调整，确立
了以巡航导弹为突破口、而后转入其他飞行器与火地
往返运输系统的分阶段逐步发展的思路。作为先进航
天运输计划（ＡＳＴＰ）的一部分，ＮＡＳＡ于２００１年ｆ｛１集
成技术研制小组（ＩＴＤ）提…ＲＴＡ计划。Ｒ ＦＡ将搭起超
声速飞行器动力在Ｍａ３．０刮
所永
和控制系统的可靠性、耐久性及使用ＪＰ一８燃料的ＩＩ『
行性。
２００５年，由于经费币¨技术等多方面的原因，
ＲＴＡ汁划被迫结束，但其设计理念仍对日前的变循
环发动机技术发展带来了很大影响，美周及欧洲国家 ．０之间的桥梁，如同
２所示。在ＲＴＡ计划下ＴＢＣＣ的技术发展路线如 ３
仍往埘这个设计概念和方案进行研究。
１．２ ＦＡＣＥＴ计划
在２００１年，美同提出了同家航空航天倡议，重申
了以高超声速巡航导弹为“敲门砖”的发展战略。在
２００２年，ＮＡＳＡ终止了ｘ一飞行器研究计划，将太空
发射（ＳＬＩ）研究计划重构作为下一代发射技术
（ＮＧＬＴ）和轨道航天飞机（ＯＳＰ）研究计划， 点开发
与验证远景所需的系统和技术。在２００４年１月，美罔
总统布什宣布了新的太空探索倡议。在这样的背景
下，ＤＡＲＰＡ于２００５年在从美团本土运送和应用兵力
计划（ＦＡＬＣＯＮ）下开始实施ＦＡＣＥＴ计划。主承包商是
洛克希德・马丁公司（提供进气道和喷管），推进系统
图２ ＲＴＡ计划及其ＴＢＧＣ发动机发展路线
承包商是ＰＷ公司的洛克达因公司（负责研制
９８ 航空发动机 第４３卷
ＰＷ９２２ １双模态冲压发动机燃烧室）。
ＦＡＣＥＴ计划的目标是开发和验证可重复使用的、
始试验（如图５所示），在２００９年１月成功完成了初
步试验验证。试验结果表明：带火焰稳定器的发动
碳氢燃料的、Ｍａ ３．０～６．０的亚燃／超燃冲压组合循
环发动机，以降低研制猎鹰高超声速巡航飞行器
（ＨＣＶ）发动机的技术风险Ｉ Ｉ。
ＦＡＣＥＴ计划的第ｌ阶段：通过３０％缩比进气道试
验，验证了其质量和压力恢复能力，也在宽广的速度
范围下验证了维持可操作性的可调结构件的规律；通
机能使用ＪＰ８＋１００和ＪＰ１０燃料起动和连续Ｔ作，在
整个包线内获得的性能数据超过了全包线的设计
值Ｉ ；无火焰稳定器的发动机使用ＪＰ８＋１００和ＪＰｌ０
燃料，能够在只有自动点火的情况下成功地起动和
］ 作Ｉｌｌ＿ｌ ２ ｌ
过４０％缩比冲压／超燃冲压燃烧室的直连试验，验证
了在低马赫数状态时从涡喷Ｔ作状态转换时的燃烧稳
定性；通过喷管冷流静态试验，验证了总的推进效率。
ＦＡＣＥＴ计划的第２阶段：在缩比７０％流路，在Ｍａ
３．０、４．０和６．０的速度下，对由进气道、燃烧室和改进
喷管集成的涡轮基冲压组合发动机进行自由射流试
验。该试验验证了飞行Ｍａ ３．０～６．０的亚燃／超燃冲
压发动机的Ｔ作特性Ｉ Ｉ。自由射流试验模型和试验台
架安装如图４所示。初步试验结果表明，实测性能卜ｊ
汁算性能相吻合 这些试验为下＿一步的Ｍｏ３’ｒ计划打
下了较好的基础 Ｉ。
图５ ＨｉＳＴＥＤ计划发动机的小型冲压燃烧室
在ＦＡＣＥＴ计划下验证的超燃冲压发动机（Ｘ４３、
ｘ５ｌ计划验证）组合动力技术、ＨｉＳＴＥＤ计划下验征的
高速涡喷发动机技术，最终都应用在ＳＲ一７２（如图６
所示）动力系统卜
图４ ＦＡＣＥＴ自由射流试验模型及试验台架
１．３ ＨｉＳＴＥＤ计划
涡轮发动机
从起飞到Ｍａ３推力由涡轮发动机提供
—
高速涡轮发动机验证（ＨｉＳ ＦＥＤ）计‘划是ＤＡＲＰＡ
和美 空军在ＶＡＡＴＥ计划下联合实施的ｌ项研究
计划，其目的是设计、制造和验证１种高速（Ｍａ ３．０～
４．０）、短寿命涡轮发动机。该发动机是１种高温、中等
压比的单转子不带加力涡喷发动机，将为多种平台提
＝＝！曼 一
共用进气道双楼意冲压岔恭軎 蛋｝；黜 判 嘲｝舡建共用尾喷管
图６ ＳＲ一７２高超声速飞机及其动力
１．４ ＦＡＰ计划
供低成本，Ｍａ ４．０＋飞行的推进能力，使其到达日标
时间缩短８０％，并可灵活地执行超声速巡航／亚声速
待机任务。
ＨｉＳＴＥＤ计划的发动机验证机由美国空军
／ＤＡＲＰＡ投资，由ＲＲ北美技术公司（负责ＹＪ１０２Ｒ发
动机）和Ｗｉｌｌｉａｍｓ公司（负责ＸＴＥ８８／ＳＬ１发动机）合
作开发和验证。ＹＪ１０２Ｒ发动机是在Ｊ５８发动机的基
在２００６年１２月，美 ｌ 家科学和技术委员会发
布了“圈家航空研究和开发政策”文件，指 美【玉４联邦
航空研究和研制１ 作的重点之一是开展稳定的和长
期的基础领域研究；在２００９年，美国国家研究院发布
了“民用航空的十年调查一未来的基础研究”，描绘了
技术性更强的航空蓝图。这些指导性文件指 了基线
航空发展原则。在这样的背景下，ＮＡＳＡ实施了ＦＡＰ
础上，采用层板技术发展而来的１种高温、中等压比、
单转子无加力涡喷发动机，其单位推力、质量、直径和
长度分别为Ｊ５８发动机的６倍、６％、２５％和２０％。其
小型冲压燃烧室于２００８年在美国空军推进试验室开
计划，开始了基础研究和技术开发，以使未来飞行器
具有更宽广的速度范围ｌ】 Ｉ。
在２００９年之后，ＮＡＳＡ在ＦＡＰ计划下开展了高
可靠性、可重复使用发射系统（ＨＲＲＬｑ）的研究Ｔ作。
第４期 刘红霞等：美 高超声速涡轮基组合循环发动机的进展及分析
在ＨＲＲＬＳ研究中，考虑了将吸气式推进系统概念应
用于进入太空的可重复使用的吸气式发射飞行器
（ＲＡＬＶ）中。ＲＡＬＶ概念飞行器的推进系统分２级：第
台测量，以选择试车台和执行地面验证所需的试验技
术；也要完成ＭｏＴｒ试验件的方案设计，使之与所选
择的试验技术和试车台相匹配；第２阶段是完成
ＭｏＴｒ试验件的关键设计并加Ｔ，通过必要的改进使
试车台升级，并完成试验验证。
１级是采用涡轮基冲压／超燃冲压组合循环发动机；
第２级是采用火箭或火箭基组合循环发动机。ＲＡＬＶ
系统的ＴＢＣＣ继承了ＲＴＡ发动机的研究成果，其主 ＭｏＴｒ汁划中的ＴＢＣＣ发动机，整合了通过
要由前体压缩翼面、涡轮发动机、涡轮发动机进气道、
双模态超燃冲压（ＤＭＳＪ）燃烧室、ＤＭＳＪ进气道、ＤＭＳＪ
分流器、后部喷管系统等构成【Ｉ４ｌ。
ＦＡＰ计划的目标是：在２０１４年开展小尺寸、带进
气道的并联式ＴＢＣＣ发动机模态转换试验（ＣＣＥ
ＩＭＸ），以筛选进气系统设计，并验证设计性能；在
２０１５年开展大尺寸、带进气道的并联式ＴＢＣＣ发动
机模态转换试验（ＣＣＥ ＬＩＭＸ）。
ＦＡＣＥＴ计划验证的进气道、双模态冲压发动机和喷
管，以及ＨｉＳＴＥＤ ４ｔ 划研制的高速涡轮发动机，在地
面条件下进行由涡轮一亚燃冲压一超燃冲压和超
燃一亚燃一涡轮的模态转换过程试验。这是完成重复
使用、吸气式高超声速飞行所需的关键试验。
在２０ｌ０年，洛克达凶公司和洛马公司都完成了
主动冷却双模态冲压燃烧室的初女台方案设计。洛克达
囚公口Ｊ确定了模态转换验证时对试验设备的需求，并
认为ＮＡＳＡ格林研究中心推进系统试验室的连续流
ＮＡＳＡ格林研究中心在其ｌ Ｘ １超声速风洞
（ＳＷＴ） 进行了一系列小尺寸ＩＭＸ试验。试验结果
超声速风洞适合于集成系统的试验 Ｍ，，Ｔｒ计划试验
台和带高速涡轮发动机的ＭｏＴｒ ＦＢＣＣ流路如图７所
示。地而试验原计划于２０ｌ２年第１季度完成，但ｆ＝ｉ前
并未看到公开发表的结果ｌ ｌ。
表明：低速通道的整流斜板不会给高速通道的操纵带
来Ｉ木Ｊ难，通过 ＿ｊ计算结果的对比表明，ＣＦＤ ‘法对此
类双流道结构有较好的模拟能力。试验也获得了不同
流道设计方案的性能及］ 作裕度，为改进流道设计提
供了支持 、
在小尺寸ＩＭＸ试验成功的基础卜，继续开展了
ＩＪＭＸ试验，重点验证并联式ＴＢＣＣ发动机的模态转
换过程，并获得过程特性和相关限制条件，同时完成
控制系统可行性和硬件系统验证，以确定ＴＢＣＣ发动
图７ ＭｏＴｒ试验台概念图和ＴＢＧＯ发动机流路
１．６ ＳＴＥＬＲ计划
ＳＴＥＬＲ计划是ＨｉＳＴＥＤ计划的后续 ‘划，旨在研
制Ｍａ ３以 勺武器和飞行器的推进系统，其中包括
远程离岸导弹、空中发射巡航导弹、无人飞行器和能
以最大马赫数飞行ｌ ｈ的先进巡航导弹等。在２０ｌ１
年ｌ２月签订合同，预计验证工作分为２个阶段，总计
３４个月完成。第１阶段是评估现有的或新设计‘的硬
件是否达到要求。第２阶段是验证发动机的耐久性、
￣ＪＷ，Ｊ关键参数。Ｌ１ＭＸ试验 ‘划在３年内分４个阶段
在格林中心的１０ Ｘ ｌ０超声速风洞中完成，日前，前２
个阶段的］ 作已经完成，第３阶段已对控制模拟涡轮
发动机和双模态冲压发动机流道自动模态转换时的
算法进行了验证；第４阶段的验证Ｉ 作目前正在准备
之中，在新的高超声速计划的资助下，将采用ＷＪ３８
发动机和具有集成喷管的１个双模态冲压发动机，评
估推进系统模态转换算法的有效性 Ｉ。
１．５模态转换（ＭｏＴｒ）验证计划
在ＦａＣＥＴ和ＦＡＰ计划的基础卜，在２００９年，
操作性和性能。在该计划下，高速发动机的试验由
ＲＲ公司的自由丁厂和威廉姆斯 际分别进行。
在２０１５年９月，自由 ｒ厂对外公布，ＳＴＥＬＲ发
动机已经以Ｍａ ２～２．５运行了２个多小时，在接下来
的几个月时间里会达到Ｍａ ３．２。尽管ＲＲ公司从
ＨｉＳＴＥＤ计划为ＲＡＴＩ＇ＬＲＳ（时敏日标远程打击）项目
研发的ＹＪ１０２Ｒ发动机上吸取了不少经验，并应用到
ＤＡＲＰＡ投资实施了模态转换（ＭｏＴｒ）验证计划，目的
是开展飞行Ｍａ ０～６．０、碳氢燃料的吸气式推进系统
地而验证。
Ｍｏｒｒｒ计划由洛克希德・马丁公司（共用进口和喷
管）领军，推进系统分包商是ＰＷ的洛克达因公司（冲
压／超燃冲压燃烧室）和ＡＴＫ公司（试车台评估）。
ＳＴＥＬＲ计划研制的发动机卜，但还是强调“这并不是
相同的发动机”。ＳＴＥＬＲ计划研发的发动机马赫数要
低于ＹＪ１０２Ｒ发动机，但耐久性更好。ＳＴＥＬＲ发动机
可以持续以Ｍａ ２～３．２的速度运行，最终设计目标是
ＭｏＴｒ计划分为２个阶段。第ｌ阶段是完成试车
１０Ｏ 航空发动机 第４３卷
希望该发动机能够以Ｍａ ３．２速度飞行１ ｈ，或是航程
超过３２００ ｋｍ。ＳＴＥＬＲ发动机的尺寸与ＹＪ１０２Ｒ发动
现有的涡轮发动机
用于低速操作
机的相似，同样也没有加力燃烧室，但超声速的航程
更远。由于在Ｍａ ３．２时，ＳＴＥＬＲ发动机的进口温度达
到６９９ Ｋ，所以对材料的要求很高。虽然ＳＴＥＬＲ计划
的初衷是设计用于一次性高超声速巡航导弹用的发
动机，但在研究过程中挖掘出了将一次性技术转换为
双鬻挛薯噩粪 用于高速操作
图８ ＡＦＲＥ发动机的结构
镯 ■—．，
多次可重复使用的技术，由此，ＳＴＥＬＲ计划开展了进
一
步验证，以使这种高速发动机耐久性更强，使其适
用于可重复使用飞行器。
作为ＳＲ一７２高超声速飞机的备选发动机之一，
ＳＴＥＬＲ计划旨在探索近期可实现的、能够工程应用
的ＴＢＣＣ，重点在于论证“近期可实现的涡轮发动机”
和可以在较低马赫数下点火的双模态冲压发动机组
合而成的ＴＢＣＣ设计方案的可行性。美国空军希望通
过ＳＴＥＬＲ计划开发的技术，解决涡轮发动机和双模
态超燃冲压发动机模态转换时存在的推力突变问题，
搭起亚声速和超声速推进动力模块之间的桥梁。
ＳＴＥＬＲ研发的技术除了能够应用在超声速导弹的动
力上外，还为高超声速发动机研制带来了希望。
１．７ ＡＦＲＥ计划
据《航空周刊》网站在２０１６年６月３０日报道，鉴
于在建模和制造方面取得的进展，美国国防部
ＤＡＲＰＡ已经投资实施ＡＦＲＥ计划。ＡＦＲＥ计划是美
国国防部实施的ＦＡＣＥＴ计划、ＨｉＳＴＥＤ计划、ＳＴＥＬＲ
计划、ＭｏＴｒ计划的继承和发展，并借鉴了ＲＴＡ计划、
ＦＡＰ计划等的成果。
该计划将研发１款能够灵活提供从低速到高超
声速所需动力的全速域航空动力系统，将再次尝试对
ＴＢＣＣ发动机在Ｍａ ０～５．０下进行验证，拟为未来吸
气式可重复使用高超声速飞行器提供动力，ＡＦＲＥ发
动机的结构如图８所示。ＤＡＲＰＡ的１份声明写道：这
套在高超声速运行的发动机系统可以为远程军事行
动提供更短的反应时间和更高的运行效率，能够为美
国带来可观的回报。这标志着美国高超声速ＴＢＣＣ发
动机技术发展又将向前迈进一步。
ＡＦＲＥ计划是模态转换（ＭｏＴｒ）计划的持续计划。
ＭｏＴｒ计划是验证采用涡喷模式在转换到冲压／超声速
冲压之前，达到Ｍａ ３．０～４．０；而ＡＦＲＥ计划是直接采
用目前能够达到Ｍａ ２．５的发动机。ＡＦＲＥ计划的目标
是解决常规涡喷发动机在Ｍａ ２．５时仍然能够正常工
作及冲压发动机在Ｍａ＜３．５时不能有效工作的问题。
ＤＡＲＰＡ的ＡＦＲＥ计划的现成发动机，可能包括：
ＲＲ公司在ＳＴＥＬＲ下的ＹＪ１０２Ｒ发动机，其在Ｍａ
２．５～３．２下进行了试验；威廉姆斯国际公司的
ＷＪ３８—１５发动机，进行了ＴＢＣＣ进气道模态转换试
验；洛克希德・马丁公司ＳＲ一７２高超声速侦察／攻击
机的ＴＢＣＣ推进系统，其正在生产１个可控的、低阻
力的、在气动结构上能从亚音速、跨音速、超音速到高
超音速，在Ｍａ ６．０时仍然稳定工作的发动机。
该计划分为２个阶段：第１阶段将包括系统设
计、缩比和大尺寸部件验证；第２阶段为进行全尺寸
集成低速和高速流道的大尺寸直连或自由射流地面
试验。潜在竞标者于２０１６年７月１３～１４日在华盛顿
针对该项目作简要汇报，ＤＡＲＰＡ将于２０１７年财年开
始投资９００万美元资金，进行验证机的初步设计、制
造和大尺寸双模态进气道和直连燃烧室试验件试验。
２美国高超声速涡轮基组合循环发动机的发
展特点
美国ＴＢＣＣ发动机技术研究计划的发展路线如
图９所示。回顾美国ＴＢＣＣ发动机技术研究与发展历
程，可以发现以下特点。
２．１ ＴＢＣＣ发动机始终是高超声速飞行器研究的关
键技术
自２０世纪８０年代中期以来，美国一直大力开展
第４期 刘红霞等：美国高超声速涡轮基组合循环发动机的进展及分析 ｌ０ｌ
ＴＢＣＣ发动机的研究。
ＶＡＡＴＥ计划初级阶段就开始了对其的研究和验证，
已证明自适应发动机具有包线内综合性能好、耗油率
在１９８６～１９９５年，在美国空军投资的ＨｉＳＰＡ计
划和ＮＡＳＡ投资的ＨｉＭａＴＥ计划下，ＧＥＡＥ公司对
Ｍａ ４．０～６．０的发动机方案、燃料类型和热管理系统
等进行了大量且广泛的研究，研究结果表明，涡扇基
低且使飞机航程长、飞／发组合性能好、隐身性能好
及有利于热管理设计等优势，这些技术特点也是未来
高超声速空天飞机动力所需要的。
因此，在涡轮发动机方面，现成发动机是目前首
选，自适应发动机可能是未来方向。
２．３冲压发动机的关键技术还需长期深入验证
冲压组合发动机的推重比发展潜力最大Ｉ”Ｉ。
在２１世纪初，美国ＮＡＳＡ实施ＲＴＡ计划，发展
飞行速度至少可达到Ｍａ ４．０，并且维修性和操作性大
大改善的涡轮加速器。之后，美国ＤＯＤ和ＮＡＳＡ又继
超燃冲压发动机概念于２０世纪５０年代中期提
ｍ。从ｌ９６０～１９７５年，以美国空天飞机研究计划和高
续实施ＦＡＣＥＴ、ＭｏＴｒ、ＦＡＰ和ＡＦＲＥ等计划，不断地研
究和验证涡轮基组合循环发动机的组合循环过渡、发
动机／飞行器系统热管理、高温／轻质材料、流动／燃
烧的数值仿真以及设计敏感性、控制和燃料系统的小
超声速试验发动机（ＨＲＥ）研究计划为代表，开展原理
探索与验证研究。美国空军研究试验室推进理事会描
述了高超声速超燃冲压发动机技术从小型导弹到大
型ＲＬＶ的阶梯式开发途径：在１９８０～２０１０年，研发
型化等关键技术，以突破吸气式高超声速推进系统发
展所面临着一些挑战。这些计划的实施充分说明了
ＴＢＣＣ对于高超声速飞行器的重要作用。
２．２现成发动机是目前首选。自适应发动机可能是
未来方向
配装冲压发动机的高超声速导弹；在２０１０～２０１５年，
研发配装小型超燃冲压发动机的高超声速导弹和小
型发射系统；在２０１５～２０２０年，研发配装中型超燃冲
压发动机的大型高超声速导弹和小型发射系统；在
对于涡轮发动机的研究与验证更多的还是在
ＩＨＰＴＥＴ和ＶＡＡＴＥ等计划下进行。美国ＴＢＣＣ涡轮
２０２０～２０３０年，研发配装大型超燃冲压发动机的可
操作的太空进入飞行器如图１０所示。
发动机的发展路线如图１０所示。对于ＴＢＣＣ／ＲＴＡ计
划的涡轮发动机，最初选择的是Ｆ１２０发动机，原计划
最终采用ＶＡＡＴＥ计划验证的发动机（但计划因故取
超燃冲压发动机技术经过多年的研究，已经在点
火、火焰稳定、高效低阻燃烧、防热结构等关键技术取
得了一些突破，但是进气道匹配、发动机启动与模态
转换等一些重要关键技术的验证还不够充分。以氢燃
料双模态超燃冲压发动机为动力的Ｘ一４３Ａ进行了３
次飞行试验：第１次以失败告终；第２次成功达到Ｍａ
７．０，成为以空气喷气发动机为动力装置的世界上飞
消）：对 ｊ二ＳＲ一７２侦察／打击飞机ＴＢＣＣ的涡轮发动
机，可能初步选择Ｆ１００／Ｆ１ １０改发动机，最终可能选
择ＨｉＳＴＥＤ计划验证的发动机。对于ＦａＣＥＴ、ＭｏＴｒ计
划ＴＢＣＣ的涡轮发动机，选择ＨｉＳＴＥＤ计划验证的发
动机；而ＡＦＲＥ计划的涡轮发动机，选择现成的发动
机，包括ＨｉＳＴＥＤ计划验证的ＹＪ １０２Ｒ高速涡喷发动
机和ＸＴＥ８８高速小涵道比涡扇发动机，以及基于现
役成熟的Ｆ１００／Ｆ１ １０发动机的发展型发动机。
行速度最快的飞行器；第３次创造了Ｍａ ９．８的飞行
速度世界纪录，标志着吸气式高超声速飞行器技术取
得重要进展。以液体碳氢燃料双模超燃冲压发动机为
动力的Ｘ一５１Ａ计划进行４次飞行试验：第１次在Ｍａ
５．０左有Ｔ作了１４０ Ｓ取得部分成功，第２、第３次失
败，第４次于２０１３年５月１日成功完成，实现了以吸
气式超燃冲压发动机为动力的Ｍａ ５．０持续高超声速
飞行目标。ＨｙＦｌｙ验证导弹也进行了３次飞行试验，
均以失败告终。也就是说，美周的超燃冲压发动机技
术尚未成熟，还需深入的长期验证ｌｌ８Ｉ。
２．４模态转换可能一直是研究重点
作为目前最有应用前景的前沿技术之一，自适应
发动机一直得到美国政府和１ 业界的高度重视，白
模态转换白ＮＡＳＰ计划以来一直是ＴＢＣＣ发动
机需要攻克的关键技术。
美国在ＲＴＡ计划下就将验证高速与低速推进系
图１ ０美国ＴＢＣＣ发动机技术研究计划的发展路线
统一体化、模态转换和解决与推进／机体一体化有关
ｌ０２ 航空发动机 第４３卷
的关键问题列为核心研究内容。在此后的ＦＡＣＥＴ、
ＭｏＴｒ和ＡＦＲＥ等计划下，仍然将ＴＢＣＣ研究重心放
在模态转换研究方面。
在ＦＡＣＥＴ计划下，在对进气道、燃烧室和喷管分
别进行试验验证后，开展上述部件的集成，在没有真
实的涡轮发动机的情况下通过模拟涡轮流道完成了
自由射流试验，验证了涡轮发动机与冲压／超燃冲压
发动机的一体化。
在ＭｏＴｒ计划下，将洛克希德・马丁公司在ＦＡＣＥＴ
计划验证的进气道和喷管、ＨＩＳＴＥＤ计划研制的高速
涡轮发动机、ＰＷ洛克达因公司的ＰＷ９２２１双模态冲
压发动机燃烧室集成为完整的ＴＢＣＣ发动机，以演示
验证从涡喷到亚燃冲压再到超燃冲压工作模式，实现
Ｍａ ０ ６．０范围的模态转换，但在按照计划于２０１２年
进行地面试验之前，此项目就被终止了。
在将要实施的ＡＦＲＥ计划下，试图基于现有成熟
的货架涡轮发动机，完成全速域ＴＢＣＣ发动机地面模
态转换演示验证，解决常规涡喷发动机能够在Ｍａ
２．５时仍然正常工作及冲压发动机在Ｍａ＜３．５时不能
有效工作的问题，验证和确立未来吸气式可重复使用
高超声速飞行器ＴＢＣＣ推进系统的可行ｌ生。
３结束语
回顾近７０年的美国高超声速ＴＢＣＣ发动机发展
历史发现，以ＮＡＳＡ、国防部和美国空军为主导，实施
了大量的先进预研计划，无论是在涡轮发动机和超燃
冲压发动机方面，还是在涡轮发动机与超燃冲压发动
机模态转换方面，都已经取得了一定的进展。但是，高
速涡轮发动机技术还存在巨大挑战，目前还更多采用
现有发动机改进型进行ＴＢＣＣ的验证；超燃冲压发动
机技术也还需要进行深入验证。总之，ＴＢＣＣ发动机
既是现在也是未来的高超声速飞行器动力，但是近期
内还不太可能进入实际应用。
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百ｎｅｓ ｐｒｏｇｒａｍ［Ｊ］．Ａｅｒｏｅｎｇｉｎｅ．２００１（３）：４４．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）
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ＦＡＰ ｈｙｐｅｒｓｏｎｉｃｓ ｐｒｏｊｅｃｔ ａｉｒｂｒｅａｔｈｉｎｇ ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ ｒｅｓｅａｒｃｈ［ＲＪ．Ａ－
ＩＡＡ－２００９－７２７７．
［１４］Ｓｔｕｅｂｅｒ Ｔ Ｊ，Ｖｒｎａｋ Ｄ Ｒ，Ｌｅ Ｄ Ｋ，ｅｔｃ．Ｃｏｎｔｒｏｌ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｉｎ ｓｕｐｐｏｒｔ ｏｆ
ＮＡＳＡ Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｂａｓｅｄ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｃｙｃｌｅ（ＴＢＣＣ）ｒｅｓｅａｒｃｈ［Ｒ１ ．
ＮＡＳＡ，ｒＭ－２０１０－２１６１０９．
［１５］Ｓａｕｎｄｅｒｓ Ｊ Ｄ，Ｓｔｕｅｂｅｒ Ｔ Ｊ，Ｔｈｏｍａｓ Ｓ Ｒ，ｅｔ ａ１．Ｔｅｓｔｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ＮＡＳＡ
ｈｙｐｅｒｓｏｎｉｃ ｐｒｏｊｅｅｔ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｃｙｃｌｅ Ｅｎｇｉｎｅ Ｌａｒｇｅ ｓｃａｌｅ Ｉｎｌｅｔ Ｍｏｄｅ
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（责任编辑：张宝玲）