基于双工质多级循环的高超声速飞行器热防护装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于双工质多级循环的高超声速飞行器热防护装置和方法，所述装置包括S

【技术实现步骤摘要】
基于双工质多级循环的高超声速飞行器热防护装置和方法


[0001]本专利技术涉及高超声速飞行器热防护，特别是一种基于双工质多级循环的高超声速飞行器热防护装置和方法。

技术介绍

[0002]高超声速飞行器在大气中的马赫数可以达到5以上，极高的飞行速度使得高超声速飞行器可以在两小时内到达地球的任一位置，目前主要应用于军事打击、空间运输等。其中超燃冲压发动机是当前高超声速飞行器应用最具前景的推进系统之一，具有高比冲和宽工作范围的优点。极高的飞行速度导致气流总焓高以及严重的燃烧热释放。超燃冲压发动机热负荷大，而其发动机壁的冷却是关键问题之一。
[0003]高超声速飞行器的热防护主要有主动热防护和被动热防护两种方式。主动热防护通过自身携带燃料冷却发动机而被动热防护采用隔热材料对结构进行热防护。对于高超声速下的超燃冲压发动机，再生主动冷却是常用的热防护方式，再生主动冷却需要大量的冷却用燃料，随着飞行时间增加和飞行器速度的提升，再生冷却对燃料的需求将造成额外损耗并增加航天器的负载。由于燃料是再生冷却系统的唯一冷源，即可用冷源是有限冷源，在此条件下，再生冷却通道内的流动换热状况极其复杂，极高的热负荷与冷却剂流量比值还会造成冷却通道内横截面严重的热分层问题；高超声速飞行器在运行过程中常常涉及工况的改变，这使得再生冷却系统的动态特性也会随之变化，从而影响冷却效果，涉及动态热防护问题。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种基于双工质多级循环的高超声速飞行器热防护装置和方法，从而实现对高超声速飞行器发动机组的热防护。
[0005]技术方案：本专利技术所述的一种基于双工质多级循环的高超声速飞行器热防护装置，所述装置包括S
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CO2(超临界二氧化碳)闭式布雷顿两级循环装置、制冷循环装置以及热防护冷却通道系统，所述S
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CO2闭式布雷顿循环装置和制冷循环装置均与热防护冷却通道系统相连；所述S
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CO2闭式布雷顿循环装置包括涡轮、冷凝器、冷凝器、压缩机、压缩机、交流发电机；所述制冷循环装置包括压缩机、冷凝器、节流装置；所述热防护冷却通道系统包括冷却通道、冷却通道、冷却通道、高温环境；所述S
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CO2闭式布雷顿循环装置和制冷循环装置均与燃料罐、燃料泵相连；所述S
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CO2闭式布雷顿循环装置的涡轮、压缩机、压缩机、交流发电机与制冷循环装置的压缩机同轴连接。
[0006]所述燃料罐中燃料通过燃料泵依次流经冷凝器、冷凝器、冷凝器和高温环境。
[0007]所述压缩机动力由交流发电机提供。
[0008]所述S
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CO2闭式布雷顿循环装置与热防护冷却通道系统通过冷却通道、冷却通道换热；所述制冷循环装置与热防护冷却通道系统通过冷却通道换热。
[0009]一种基于双工质多级循环的高超声速飞行器热防护方法，所述方法采用了上述的
基于双工质多级循环的高超声速飞行器热防护装置，所述方法包括以下步骤：
[0010](1)装置启动后，高温高压的S
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CO2通过涡轮后经由燃料分级冷却并通过压缩机、压缩机分级压缩；
[0011](2)经过压缩机压缩后的S
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CO2通过冷却通道后与来自压缩机的S
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CO2合流，通过冷却通道对高温环境进行冷却，冷却通道出口的高温高压S
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CO2流回涡轮；
[0012](3)S
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CO2闭式布雷顿循环通过交流发电机为制冷循环装置提供动力；
[0013](4)压缩机启动后，高温高压的制冷剂蒸汽进入冷凝器，制冷剂蒸汽经过燃料冷凝后，进入节流装置；
[0014](5)制冷剂经过节流装置节流后，进入冷却通道对高温环境进行冷却。
[0015]有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：
[0016]1、针对高超声速飞行器包括进气道、燃烧室和尾喷管等高温部件温度不均的现象，实现了分段式热防护，利用多级换热针对飞行器不同高温部件分段换热；
[0017]2、将S
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CO2闭式布雷顿循环与制冷循环相结合，通过利用S
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CO2闭式布雷顿循环系统发出的电实现发电制冷，实现飞行器局部温度的热防护；
[0018]3、由于S
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CO2布雷顿循环具有效率高、设备体积小、结构紧凑等特点，本装置降低了设备质量和建造成本。
附图说明
[0019]图1为本专利技术所述装置的结构示意图；
[0020]图2为本专利技术所述方法的步骤流程图。
具体实施方式
[0021]下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步说明。
[0022]如图1所示，一种基于双工质多级循环的高超声速飞行器热防护的装置，包括S
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CO2闭式布雷顿循环装置1、制冷循环装置2以及热防护冷却通道系统3；所述S
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CO2闭式布雷顿循环装置1和制冷循环装置2均分别于热防护冷却通道系统3相连。具体结构如下：
[0023]在本实施例中，在燃料罐10前设置有一个燃料泵11，燃料通过冷凝器6.3与制冷循环装置2换热、依次通过冷凝器6.2和冷凝器6.1与S
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CO2闭式布雷顿循环装置1换热。热防护冷却通道系统3通过冷却通道4.1、冷却通道4.2与S
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CO2闭式布雷顿循环装置1换热，通过冷却通道4.3与制冷循环装置2换热。
[0024]S
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CO2闭式布雷顿循环装置1包括涡轮5、冷凝器6.1、冷凝器6.2、压缩机7.1、压缩机7.2。涡轮5设置在冷却通道4.1末端，涡轮出口连接冷凝器6.1S
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CO2侧入口，冷凝器6.1S
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CO2侧出口经分流后分别连接冷凝器6.2S
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CO2入口和压缩机7.1入口，冷凝器6.2S
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CO2侧出口连接压缩机7.2入口，压缩机7.2出口设置在冷却通道4.1入口，压缩机7.1出口与冷却通道4.1出口S
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CO2合流后连接冷却通道4.1。
[0025]制冷循环装置2包括压缩机7.3、冷凝器6.3、节流装置9。压缩机7.3设置在冷却通道4.3末端，压缩机出口连接冷凝器6.3制冷剂侧入口，冷凝器6.3制冷剂侧出口连接节流装置9入口，节流装置出口连接冷却通道4.3。
[0026]S
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CO2闭式布雷顿循环装置1还包括交流发电机8，压缩机7.1、压缩机7.2、涡轮5、
交流发电机8同轴安装，交流发电机为压缩机7.3提供动力。
[0027]热防护冷却通道系统3包括冷却通道4.1、冷却通道4.2、冷却通道4.3、高温环境12。S
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CO2闭式布雷顿循环装置1与热防护冷却通道系统3通过冷却通道4.1、4.2换热；制冷循环装置2与热防护冷却通道系统3通过冷却通道4.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双工质多级循环的高超声速飞行器热防护装置，其特征在于，所述装置包括S
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CO2闭式布雷顿两级循环装置(1)、制冷循环装置(2)以及热防护冷却通道系统(3)，所述S
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CO2闭式布雷顿循环装置(1)和制冷循环装置(2)均与热防护冷却通道系统(3)相连；所述S
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CO2闭式布雷顿循环装置(1)包括涡轮(5)、冷凝器(6.1)、冷凝器(6.2)、压缩机(7.1)、压缩机(7.2)、交流发电机(8)；所述制冷循环装置(2)包括压缩机(7.3)、冷凝器(6.3)、节流装置(9)；所述热防护冷却通道系统(3)包括冷却通道(4.1)、冷却通道(4.2)、冷却通道(4.3)、高温环境(12)；所述S
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CO2闭式布雷顿循环装置(1)和制冷循环装置(2)均与燃料罐(10)、燃料泵(11)相连；所述S
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CO2闭式布雷顿循环装置(1)的涡轮(5)、压缩机(7.1)、压缩机(7.2)、交流发电机(8)与制冷循环装置(2)的压缩机(7.3)同轴连接。2.根据权利要求1所述的基于双工质多级循环的高超声速飞行器热防护装置，其特征在于，所述燃料罐(10)中燃料通过燃料泵(11)依次流经冷凝器(6.3)、冷凝器(6.2)、冷凝器(6.1)和高温环境(12)。3.根据权利要求1所述的基于双工质多级循环的高超声速飞行器热防护装置，其特征在于，所述压缩机(7.3)动力由交流发电...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙文静，陈洁茹，凌文辉，张靖周，张义宁，
申请(专利权)人：北京动力机械研究所，
类型：发明
国别省市：