[发明专利]一种宽域吸气组合式空天发动机及其工作方法和应用

权利要求书

1.一种宽域吸气组合式空天发动机，其特征在于：所述空天发动机以氨作为燃料和冷却介质，其工作模态按照飞行马赫数主要包括Ma0～Ma2的纯涡轮模态、Ma2～Ma5的预冷模态和Ma5～Ma10的纯冲压模态。

2.如权利要求1所述的宽域吸气组合式空天发动机，其特征在于：所述空天发动机包括进气道、预冷器、混合器、压气机、预燃烧室、涡轮、主燃烧室和冲压燃烧室；

所述预冷器利用氨冷却介质对全部或部分来流空气进行预冷，其进气端通过管道连接所述进气道并通过所述进气道接收来流空气，输出端通过管道连接所述混合器的输入端；

所述混合器用于将所述预冷器冷却的空气进行混合，其出气端通过管道连接所述压气机的进气端；

所述压气机用于对预冷后温度降低的空气进行压缩，其出气端通过管道连接所述预燃烧室；所述压气机通过轴还与所述涡轮连接；

所述预燃烧室的出气端通过管道连接至所述涡轮的进气端，以将过量的空气与部分氨燃料燃烧后形成富氧燃气送入所述涡轮；

所述涡轮的出气端通过管道连接所述主燃烧室的进气端，所述主燃烧室的出气端连接有主路喷管；所述涡轮利用富氧燃气作为做功介质，驱动所述涡轮带动所述压气机压缩空气；所述主燃烧室将富氧燃气与另一部分氨燃料燃烧，形成高温燃气通过所述主路喷管排出，提供推力；

所述冲压燃烧室的进气端通过管道连接所述进气道，出气端通过管道连接有冲压喷管；所述冲压燃烧室将所述进气道接收的空气与氨燃料燃烧，形成高温燃气通过所述冲压喷管高速排出，为冲压模态的发动机提供推力。

3.如权利要求2所述的宽域吸气组合式空天发动机，其特征在于：所述冲压燃烧室外壁布置有再生冷却通道，氨燃料流经所述再生冷却通道对所述冲压燃烧室进行冷却。

4.如权利要求2所述的宽域吸气组合式空天发动机，其特征在于：所述预冷器包括第一预冷器和第二预冷器；所述第一预冷器和第二预冷器利用氨冷却介质对全部或部分来流空气进行预冷；所述第一预冷器还通过管道连接所述预燃烧室的内腔室；所述第二预冷器还通过管道连接所述主燃烧室的内腔室。

5.如权利要求4所述的宽域吸气组合式空天发动机，其特征在于：所述第一预冷器和第二预冷器均为非接触式换热器，即来流空气和氨冷却介质通过换热器结构非接触换热。

6.如权利要求4所述的宽域吸气组合式空天发动机，其特征在于：所述发动机还包括第一燃料泵和第二燃料泵；所述第一燃料泵的输出端通过管道与所述第一预冷器连通；所述第二燃料泵的输出端通过管道与所述第二预冷器连通。

7.如权利要求2所述的宽域吸气组合式空天发动机，其特征在于：所述进气道的进气口大小可调，使得进入所述发动机的空气量符合预设值。

8.一种如权利要求1至7所述的宽域吸气组合式空天发动机的工作方法，其特征在于，主要包括空天发动机在飞行马赫数为Ma0～Ma2的纯涡轮模态、Ma2～Ma5的预冷模态和Ma5～Ma10的纯冲压模态的工作模态下工作运行；

所述空天发动机的工作模态为涡轮模态时：利用进气道将来流空气引入压气机压缩增压，而后送入预燃烧室与第一燃料泵泵入的部分氨燃料燃烧，生成富氧燃气推动涡轮做功，最后在主燃烧室中，富氧燃气与第二燃料泵泵入的另一部分氨燃料燃烧，生成高温燃气经主路喷管排出，提供推力；

所述空天发动机的工作模态为预冷模态时：利用进气道将来流空气引入后，首先经过预冷器内的氨冷却介质进行冷却，而后送入压气机压缩增压，后续步骤与涡轮模态一致；

所述空天发动机的工作模态为冲压模态时：第一燃料泵停止工作，第二燃料泵首先将低温氨燃料从储罐泵入冲压燃烧室壁面的再生冷却通道，吸热后的氨燃料而后进入冲压燃烧室，同进气道引入的空气燃烧，生成的高温燃气经冲压喷管排出，提供推力。

9.如权利要求1至7任一所述的宽域吸气组合式空天发动机在飞行器中的应用。