[发明专利]组合动力循环发动机的模态预冷循环系统及其工作方式有效
申请号: | 201710146850.6 | 申请日: | 2017-03-13 |
公开(公告)号: | CN106894918B | 公开(公告)日: | 2018-04-10 |
发明(设计)人: | 何国强;景婷婷;秦飞;李文强;魏祥庚;张铎 | 申请(专利权)人: | 西北工业大学 |
主分类号: | F02K7/18 | 分类号: | F02K7/18;F02K9/44;F02C7/141 |
代理公司: | 陕西增瑞律师事务所61219 | 代理人: | 刘艳霞 |
地址: | 710072 陕西*** | 国省代码: | 陕西;61 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 适用于 组合 动力 循环 发动机 预冷 循环系统 | ||
技术领域
本发明属于组合动力循环发动机的热力循环技术领域,具体涉及适用于组合动力循环发动机的模态预冷循环系统及其工作方式。
背景技术
组合循环发动机具有飞行空域广、速域宽的特点,兼顾了推进的高效性与经济性,具有十分广阔的应用前景。在发动机工程实现和可重复使用研究中,热防护技术是组合动力发展进程中亟待解决的关键问题之一。在现有的发动机热防护设计方法中,普遍针对的研究对象是飞行马赫数范围较窄的发动机热防护,常选取飞行器巡航点作为热防护的设计点,引入再生冷却、膜冷却、发汗冷却等主动冷却方式和烧蚀、容热等被动冷却方式进行发动机热防护设计。另外,为了改善吸气模态时的工作特性,对预冷组合发动机进行了研究,其中最具有代表性的有日本的ATREX和英国的SABRE,为了达到理想的压气机出口温度,分别引入液氢或液氦作为冷却介质,对高温来流空气进行冷却,但上述的预冷循环并没有充分考虑发动机随时间推进的整个工作过程中的能量管理。Marquardt公司的液体空气循环发动机LACE在氢氧火箭发动机的基础上增加了吸气模态,在吸气模态时利用液氢液化来流空气,随后液化空气进入燃烧室组织燃烧,但LACE液化空气需要消耗大量的液氢,同时空气分离器增加了的复杂度。在现有文献资料中,大多数针对的是给定点的热防护设计,鲜有结合发动机整个飞行过程的热防护设计思想。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足,提供一种适用于组合动力循环发动机的模态预冷循环系统及其工作方式,立足于组合动力整个宏观飞行过程的兼顾组合动力发动机多模态工作特点和热环境特点、冷却效果好、复杂度适中。通过平衡各个模态之间“热负荷与可用冷源”之间的矛盾,利用低马赫数的富余冷源去提升高马赫数的冷却能力,实现整个飞行过程中的能量平衡。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是,包括低温煤油储箱、换热器、常温煤油储箱和液氧储箱;常温煤油储箱和液氧储箱的出口均各自与换热器的对应进口管路连接,并在换热器内进行热交换,热交换后得到的低温煤油储存至低温煤油储箱,热交换后的液氧用于与引射火箭燃烧室管路连接;
常温煤油储箱还用于与a系统和b系统管路连接;低温煤油储箱还用于与a系统和b系统管路连接;
在引射模态时,常温煤油储箱中的煤油经a系统热交换后进入冲压发动机燃烧室燃烧,常温煤油储箱中的煤油经b系统热交换后进入引射火箭燃烧室,与热交换后的液氧掺混燃烧;
在亚燃模态时,低温煤油储箱中的煤油经a系统热交换后进入冲压发动机燃烧室燃烧;同时,低温煤油储箱中的煤油经b系统热交换后进入引射火箭燃烧室,与热交换后的液氧掺混燃烧;在超燃模态时,低温煤油储箱中的煤油经a系统热交换后进入冲压发动机燃烧室燃烧;
上述a系统和b系统分别为冲压发动机燃烧室再生冷却系统和引射火箭燃烧室再生冷却系统。
本发明公开了上述的一种适用于组合动力循环发动机的模态预冷循环系统的工作方式,包括如下:
常温煤油储箱中的部分煤油与液氧储箱中的液氧在换热器中热交换,得到的低温煤油储存至低温煤油储箱,热交换后的液氧输送至引射火箭燃烧室;
在引射模态时,常温煤油储箱中的煤油经a系统热交换后进入冲压发动机燃烧室燃烧,常温煤油储箱中的煤油经b系统热交换后进入引射火箭燃烧室,与热交换后的液氧掺混燃烧;
在亚燃模态时,低温煤油储箱中的煤油经a系统热交换后进入冲压发动机燃烧室燃烧;同时,低温煤油储箱中的煤油经b系统热交换后进入引射火箭燃烧室,与热交换后的液氧掺混燃烧;在超燃模态时,低温煤油储箱中的煤油经a系统热交换后进入冲压发动机燃烧室燃烧。
本发明还公开了另一种包括低温煤油储箱、换热器、常温煤油储箱和液氧储箱;常温煤油储箱和液氧储箱的出口均各自与换热器的对应进口管路连接,并在换热器内进行热交换,热交换后得到的低温煤油储存至低温煤油储箱,热交换后的液氧用于与引射火箭燃烧室管路连接;
常温煤油储箱还用于与a系统和b系统管路连接;低温煤油储箱还用于与a系统和b系统管路连接;
在引射模态时,所述常温煤油储箱中的煤油经a系统热交换后进入冲压发动机燃烧室燃烧,所述常温煤油储箱中的煤油经b系统热交换后进入引射火箭燃烧室,与热交换后的液氧掺混燃烧;
在亚燃模态时,所述低温煤油储箱中的煤油经a系统热交换后进入冲压发动机燃烧室燃烧;同时,所述低温煤油储箱中的煤油经b系统热交换后进入引射火箭燃烧室,与热交换后的液氧掺混燃烧;
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