一种预冷发动机能量梯级系统及其设计方法技术方案

本发明专利技术公开了一种预冷发动机能量梯级系统及其设计方法，该系统包括高温模块、中温模块及低温模块，三个模块均为氦气回路，所述氦气回路分别与空气管道和液氢管道进行换热，空气管道内和液氢管道内的工质流动方向相反；其中，高温模块位于空气管道的入口端，即液氢管道的出口端；低温模块位于空气管道的出口端，即液氢管道的入口端；中温模块位于高温模块和低温模块之间；每个模块内均包括两个以上的闭式布雷顿单元，每个闭式布雷顿单元均包括：两个或三个换热器、一个压缩机和一个涡轮；换热器、压缩机和涡轮通过管路串联组成一个封闭回路；本发明专利技术能够根据预冷发动机的使用需求，完成对不同推力和比冲性能需求的预冷发动机热力循环的设计。力循环的设计。力循环的设计。

【技术实现步骤摘要】
一种预冷发动机能量梯级系统及其设计方法


[0001]本专利技术属于组合发动机
，具体涉及一种预冷发动机能量梯级系统及其设计方法。

技术介绍

[0002]常规的燃料直接预冷发动机和以SABRE发动机为代表的深度预冷发动机热力循环分别如图1、图2所示。该类预冷发动机中，要将空气冷却至目标温度所需要的燃料冷却用量往往远大于燃烧用量，导致该类发动机的比冲均较低，成为制约预冷发动机发展的一个主要因素之一。
[0003]针对预冷发动机燃料浪费严重、发动机比冲低的问题，人们提出了以下解决方法：
[0004](1)并联冲压发动机或火箭发动机，消耗预冷发动机过剩的燃料，提高发动机整机比冲；
[0005](2)优化预冷发动机热力循环，降低预冷深度，减少燃料冷却用量。
[0006]通过预冷发动机与其他类型发动机并联的方式，虽然可有效提高发动机整机的比冲性能，但由于给预冷发动机并联了一台完整的其他类型发动机，导致发动机整机尺寸和重量显著增加，发动机整机推重比下降；而预冷发动机的热力循环设计优化十分困难，尤其针对巡航型和运载型等不同本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种预冷发动机能量梯级系统，其特征在于，该系统包括三个模块，分别为高温模块、中温模块及低温模块，三个模块均为氦气回路，所述氦气回路分别与空气管道和液氢管道进行换热，空气管道内和液氢管道内的工质流动方向相反；其中，高温模块位于空气管道的入口端，即液氢管道的出口端；低温模块位于空气管道的出口端，即液氢管道的入口端；中温模块位于高温模块和低温模块之间。2.如权利要求1所述一种预冷发动机能量梯级系统，其特征在于，每个模块内均包括两个以上的闭式布雷顿单元，每个闭式布雷顿单元均包括：两个或三个换热器、一个压缩机C和一个涡轮T；两个或三个换热器、一个压缩机C和一个涡轮T通过管路串联组成一个封闭回路，所述封闭回路的管路内充有氦气；且所述压缩机C和涡轮T之间至少有一个换热器；每个模块内的两个以上的闭式布雷顿单元按照从高温到低温的顺序分别为第1单元、第2单元、
…
、第N单元；其中，第1单元具有两个换热器，其余所有单元均具有三个换热器，第1单元的第一换热器与空气管道进行换热，第1单元的第二换热器与第2单元的第一换热器换热，第2单元的第二换热器与空气管道进行换热，第2单元的第三换热器与第3单元的第一换热器换热，
…
，以此类推，
…
，第N
‑
1单元的第三换热器与第N单元的第一换热器换热，第N单元的第二换热器与空气管道进行换热，第N单元的第三换热器与液氢管道换热；其中，每个模块内的N均为大于2的正整数。3.如权利要求2所述一种预冷发动机能量梯级系统，其特征在于，三个模块的N取值不一定相同。4.一种预冷发动机能量梯级的设计方法，基于权利要求2所述的能量梯级系统，其特征在于，该方法的具体步骤如下：第一步，构建能量梯级系统的一个冷端分流回热压缩子系统，在高温空气和低温氢气之间，将第N单元内膨胀做功后的氦气经液氢冷却后增压，作为第N
‑
1单元的冷源A，第N
‑
1单元内膨胀做功后的氦气经所述冷源A冷却后增压，作为第N
‑
2单元的冷源B，以此类推，通过冷源的传递完成对全部氦气的冷却和压缩；第二步，设计氢气冷源的梯级结构：在第一步的基础上继续构建两个冷端分流回热压缩子系统；将三个冷端分流回热压缩子系统分别定义为一级、二级、三级回热压缩系统，即将以低温液氢为冷源的冷端分...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈操斌，马同玲，牛军，周静，刘国栋，
申请(专利权)人：北京动力机械研究所，
类型：发明
国别省市：