[发明专利]一种采用主被动结合抑制超低温结霜的预冷器

说明书

本发明公开了一种采用主被动结合抑制超低温结霜的预冷器，包括：两组以上螺旋换热单元，两组以上螺旋换热单元同轴层叠套装为一体；每个螺旋换热单元均包括微细管束及安装在微细管束两端的进气集气管和出气集气管；所述微细管束由两个以上微细管并列排布组成，每个微细管均由三个以上管段焊接组成，在与进气集气管相连的管段的外壁面喷涂有SiO₂涂层，形成SiO₂超疏水壁面；还包括：防霜框架；所述防霜框架同轴安装在两组以上螺旋换热单元所形成的整体的外部；本发明能够解决高超声速吸气式组合发动机在超低温工况下的结霜问题，确保了预冷器的正常运行。

技术领域

本发明属于换热器技术领域，具体涉及一种采用主被动结合抑制超低温结霜的预冷器。

背景技术

随着科技的进步，人类对太空的探索越来越重视。人类对具备水平起降、可重复使用的空天飞行器越来越渴望，空天飞行器对动力装置提出了工作范围宽广、可重复使用，水平起降、且具有较高的比冲性能和推重比等要求。现有的动力装置主要包括火箭发动机、涡轮发动机、冲压发动机等，单一发动机很难满足这样的要求。涡轮、火箭和冲压组合发动机是当前研究的热点。当组合动力发动机在吸气式模态工作时，高马赫数飞行条件下，来流经过进气道压缩之后，总温较高，限制了压气机的压比的进一步提高；另一方面，燃烧室空气温度过高时，会影降低燃烧室的加热比，降低燃烧效率和推力系数。因此，提出了降低进气道出口气流总温的需求。其方法是通过在进气道和压气机之间设置轻质高效换热器，将进气道中较高温气体中的热能通过换热器换热，降低空气温度，而将这一部分热能用于推动涡轮做功。如此则可以提高压气机的压比，从而可以提高发动机推力，增大推重比。轻质高效预冷器为这类组合发动机的关键部件。

在吸气模式下，为了提高发动机推重比，在来流空气经过进气道压缩之后，温度较高的空气进入预冷器被冷却至低温(150K)。当空气中的水蒸汽接触到温度低于空气露点温度的低温表面时，会发生凝结现象，并迅速管束壁面凝华成霜，结霜不但会影响预冷器的换热性能，严重还会堵塞预冷器空气通道，因此必须对预冷器采用结霜抑制手段。

结霜问题解决方法现状有：主动防霜、被动防霜。被动防霜指改变冷面表面特性来抑制结霜，具体有抑霜层法、疏水表面、亲水表面、超疏水表面等等，但是此类方法仅仅局限于结霜初期，一旦壁面形成霜层，则该类结霜措施失效。主动防霜则需要通过喷入可凝缩性物质来抑制结霜，其原理为在主流空气中混入可凝缩性物质后，混合物凝固点会降低，从而对结霜起到抑制作用。但是当微细管壁面至150K时，混合物凝固点高于微细管壁面温度，如不及时清除，混合物附着在微细管壁面仍旧出现在结霜现象。因此，单一的抑制结霜手段难以抑制预冷器超低温结霜问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种采用主被动结合抑制超低温结霜的预冷器，能够解决高超声速吸气式组合发动机在超低温工况下的结霜问题，确保了预冷器的正常运行。

本发明是通过下述技术方案实现的：

一种采用主被动结合抑制超低温结霜的预冷器，包括：两组以上螺旋换热单元，两组以上螺旋换热单元同轴层叠套装为一体；

每个螺旋换热单元均包括微细管束及安装在微细管束两端的进气集气管和出气集气管；所述微细管束由两个以上微细管并列排布组成，每个微细管均按照阿基米德螺线弯曲，且每个微细管的两端分别与进气集气管和出气集气管相通；

每个微细管均由三个以上管段焊接组成，在与进气集气管相连的管段的外壁面喷涂有SiO₂涂层，形成SiO₂超疏水壁面；

还包括：防霜框架；所述防霜框架同轴安装在两组以上螺旋换热单元所形成的整体的外部；