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预冷组合发动机中波瓣混流器对氢气/空气掺混性能影响 被引量：3
1
作者 吴弈臻 马元 +2 位作者 黄乐萍 马文友 王祎 《火箭推进》 CAS 2021年第6期76-85,共10页
波瓣混流器是一种典型的燃烧室气体混合装置,某预冷组合发动机燃烧室采用了波瓣混流器进行氢气/空气的掺混组织。为了获得不同波瓣混流器修型结构对氢气/空气的掺混性能的影响,分别采用导流结构和锯齿尾缘对波瓣混流器进行修型。通过开... 波瓣混流器是一种典型的燃烧室气体混合装置,某预冷组合发动机燃烧室采用了波瓣混流器进行氢气/空气的掺混组织。为了获得不同波瓣混流器修型结构对氢气/空气的掺混性能的影响,分别采用导流结构和锯齿尾缘对波瓣混流器进行修型。通过开展数值仿真和对热混合效率公式的修正,从流场速度分布、流向涡和正交涡以及性能参数方面进行了掺混特性的对比分析。结果表明:导流结构对流场中回流区的分布具有显著影响,导流结构的平面面积越大,回流区范围越大;回流区范围增大会增加初始位置的内外涵速度差2.4倍到6倍,减小平均流向涡强度,增大平均正交涡强度,进而影响热混合效率,其中圆形导流结构在流动初期提高3%,后期降低5.9%;锯齿尾缘修型降低了热混合效率,其中三角形修型结构降低约2.8%,较其他结构最明显。 展开更多
关键词 预冷组合发动机 氢/空气混合 波瓣混流器 修型结构 流向涡 正交涡 热混合效率
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组合发动机一体化氦加热器设计与性能分析
2
作者 毛红威 李雄辉 +4 位作者 毛宏敏 薛凡鹏 李哲 马元 刘金鑫 《火箭推进》 北大核心 2025年第5期36-45,共10页
为解决预冷吸气式组合发动机分体式氦加热器质量大、结构复杂的问题,提出了燃烧换热一体化氦加热器的新方案。建立了新型一体化氦加热器传热设计与性能分析模型,以及三维数值仿真模型,验证了所提构型的有效性。分析了换热组件毛细管层... 为解决预冷吸气式组合发动机分体式氦加热器质量大、结构复杂的问题,提出了燃烧换热一体化氦加热器的新方案。建立了新型一体化氦加热器传热设计与性能分析模型,以及三维数值仿真模型,验证了所提构型的有效性。分析了换热组件毛细管层、排间距与层数、排数对换热性能的影响规律。结果表明:一体化氦加热器可避免使用燃气发生器以及相应燃烧主动冷却设备,从而减轻系统质量降低复杂度;相较于层间距,排间距对流动换热性能影响更大,排间距(S_(1)/d)取2.0较为适合,层间距推荐与排间距取相同值。随径向层数增加,总传热系数增大传热性能增强,流阻与喷嘴数量增大,应综合考虑传热、流阻与结构因素选定适合的径向与轴向层数。 展开更多
关键词 预冷组合发动机 氦加热器 结构设计 性能分析
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预冷涡轮组合循环发动机及其关键技术研究综述
3
作者 李韦康 张乐临 +2 位作者 申丽艳 王聪 秦江 《航空发动机》 北大核心 2024年第4期16-29,共14页
预冷涡轮组合循环发动机技术是继涡轮基组合循环发动机、火箭基组合循环发动机、涡轮火箭组合循环发动机之后新的技术路线。为了深入了解预冷涡轮组合循环发动机的发展现状,评估该循环方案的发展潜力,从换热器预冷及射流预冷角度出发,... 预冷涡轮组合循环发动机技术是继涡轮基组合循环发动机、火箭基组合循环发动机、涡轮火箭组合循环发动机之后新的技术路线。为了深入了解预冷涡轮组合循环发动机的发展现状,评估该循环方案的发展潜力,从换热器预冷及射流预冷角度出发,综述了先进预冷发动机循环方案、射流预冷技术以及预冷器技术发展进程,并提出采用化学燃料预冷的若干技术方法,致力于提高预冷涡轮组合发动机总体性能,为高超声速组合发动机的发展提供新的思路和方向。预冷涡轮组合发动机技术是高超声速飞行领域的关键创新。通过不断优化预冷器的设计、提高换热效率,同时考虑到结构紧凑性和重量管理,能显著提升发动机性能。研究显示,采用先进的预冷技术能够拓展飞行马赫数,实现更高的燃料效率和性能。尽管技术挑战依然存在,如氢脆问题和预冷器的抗结冰需求,未来的研究将继续探索新的材料和设计方案,以克服这些难题。总体上,预冷涡轮组合发动机技术代表了空天飞行器推进系统的未来方向,预示着在高速飞行和可重复使用空天飞行器方面的重大突破。 展开更多
关键词 高超声速发动机 预冷组合循环发动机 预冷器 射流预冷 化学预冷
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预冷组合循环发动机吸气式模态建模与性能分析 被引量：4
4
作者 唐靖博 杨庆春 徐旭 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期15-28,共14页
为了对预冷组合循环发动机开展性能分析,以协同吸气式火箭发动机(SABRE 4)为研究对象,采用部件法建立了发动机稳态模型,计算获得了SABRE 4发动机在吸气式模态下沿飞行弹道的性能参数变化规律。然后对发动机的高度和速度特性进行研究,得... 为了对预冷组合循环发动机开展性能分析,以协同吸气式火箭发动机(SABRE 4)为研究对象,采用部件法建立了发动机稳态模型,计算获得了SABRE 4发动机在吸气式模态下沿飞行弹道的性能参数变化规律。然后对发动机的高度和速度特性进行研究,得到了发动机的飞行包线。计算结果表明,在吸气式飞行弹道内,核心机推力和比冲的变化分别为488~680kN和34786~46954m/s。SABRE 4发动机具备推力大和比冲高的性能优势。在预冷器工作过程中,随着飞行马赫数增大,预冷器换热量不断增大,进入预燃室的氢流量减小,预燃室总温降低,HX3的吸热量减小。与其他压气机和涡轮相比,空气压气机和氦涡轮的工作参数变化较大。SABRE 4发动机通过对来流空气进行预冷,可实现在大空域和宽速域内工作。由于空气压气机的喘振和堵塞边界限制,发动机的高度和速度特性分别存在飞行高度和飞行马赫数的限制。 展开更多
关键词 预冷组合循环发动机 协同吸气式火箭发动机 稳态 吸气式模态 部件法 高度和速度特性
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基于控制规律的PATR发动机典型工况点速度与高度特性分析 被引量：4
5
作者 马文友 张文胜 +3 位作者 马元 玉选斐 马海波 吴弈臻 《火箭推进》 CAS 2022年第6期35-43,共9页
为了研究预冷空气涡轮火箭发动机(PATR发动机)在最大推力状态下的部件匹配规律和系统性能特点,建立了PATR发动机的非线性变工况模型,确定了一种能充分发挥发动机推力性能和使其能安全稳定工作的控制规律,并研究了基于该控制规律的PATR... 为了研究预冷空气涡轮火箭发动机(PATR发动机)在最大推力状态下的部件匹配规律和系统性能特点,建立了PATR发动机的非线性变工况模型,确定了一种能充分发挥发动机推力性能和使其能安全稳定工作的控制规律,并研究了基于该控制规律的PATR发动机典型工况点的速度和高度特性。数值计算表明:保持氦涡轮转速和入口温度为最大允许值,确保主燃室余气系数不大于1.6和外涵冲压燃烧室余气系数不小于1.5,并使尾喷管喉部开度和空气压气机换算流量保持一定的关系时,PATR发动机处于最大推力状态,并能够在安全边界内工作;在控制规律的约束下,飞行条件的变化使得发动机工作状态点在确定的工作线上移动,决定发动机工作状态的重要参数按照一定的规律变化,因此控制量必须进行相应的调节以实现对发动机工作状态的控制。 展开更多
关键词 预冷组合发动机 PATR 控制规律 速度特性 高度特性
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PATR发动机控制特性和最大状态控制规律分析 被引量：2
6
作者 马文友 马元 +2 位作者 马海波 玉选斐 吴弈臻 《火箭推进》 CAS 2023年第6期90-99,共10页
为了研究预冷空气涡轮火箭发动机(PATR)的最大状态(最大推力和最大比冲状态)控制规律,建立了PATR的稳态变工况模型,研究了控制量对发动机性能参数的影响特性,给出了在总氢流量一定的前提下,发动机的最优性能状态(推力和比冲同时达到最大... 为了研究预冷空气涡轮火箭发动机(PATR)的最大状态(最大推力和最大比冲状态)控制规律,建立了PATR的稳态变工况模型,研究了控制量对发动机性能参数的影响特性,给出了在总氢流量一定的前提下,发动机的最优性能状态(推力和比冲同时达到最大)控制规律,在此基础上进一步分别得到了发动机的最大推力状态和最大比冲状态的控制规律,并分别给出了发动机处于最大推力状态和最大比冲状态下的飞行包线。结果表明:当总氢流量一定时,PATR发动机的推力和比冲将随主燃室温度、氦涡轮入口温度、尾喷管喉部面积的增加而增大;给定总氢流量下的PATR发动机的最优性能状态控制规律为:核心机余气系数之和等于1、氦涡轮入口温度、尾喷管喉部面积分别取得最大值,此时发动机的推力和比冲同时达到最大,发动机处于最优性能状态;当主燃室温度、氦涡轮入口温度、尾喷管喉部面积一定时,推力随总氢流量的增加而增大,比冲与之相反;PATR发动机的最大推力状态控制规律为核心机余气系数之和等于1、氦涡轮入口温度、尾喷管喉部面积分别取得最大值,并要尽可能地增加总氢流量;PATR发动机的最大比冲状态控制规律为核心机余气系数之和等于1、氦涡轮入口温度、尾喷管喉部面积分别取得最大值,并要尽可能地减小总氢流量。 展开更多
关键词 预冷组合发动机 PATR 控制规律 最优性能 最大推力 最大比冲
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膜片式微通道预冷器换热微细管束振动分析与可靠性评价方法
7
作者 王正 马同玲 +1 位作者 王博文 顾美丹 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期869-876,885,共9页
针对预冷吸气式组合发动机的膜片式微通道预冷器换热微细管束振动可靠性问题,建立换热微细管固有振动特性计算方法与数学模型,研究预冷器换热微细管在高速气流冲击下的振动模式,给出综合考虑旋涡脱落激振、紊流抖振和弹性激振等多种共... 针对预冷吸气式组合发动机的膜片式微通道预冷器换热微细管束振动可靠性问题,建立换热微细管固有振动特性计算方法与数学模型,研究预冷器换热微细管在高速气流冲击下的振动模式,给出综合考虑旋涡脱落激振、紊流抖振和弹性激振等多种共振模式的预冷器换热微细管束振动可靠性评价模型,揭示预冷器换热微细管振动可靠度的变化规律。研究结果表明,预冷器换热微细管的固有振动频率与换热微细管外径、壁厚、相邻支撑间隔板之间跨度以及材料特性等参数密切相关,其振型具有正弦函数的特征;预冷器换热微细管在高速气流冲击作用下存在旋涡脱落激振、紊流抖振、弹性激振等共振模式;预冷器换热微细管振动可靠度随外侧被冷却工质流速的增大呈现出先降低后提高并趋近于某一数值的变化规律;为防止预冷器换热微细管发生共振损坏,在结构设计中要充分结合工作剖面、流动换热特性等,合理设计换热微细管束结构参数。 展开更多
关键词 预冷吸气式组合发动机 预冷器 换热微细管束 振动分析 可靠性评价
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SABRE预冷器计算模型及其在整机模型中的应用 被引量：10
8
作者 高远 陈玉春 史新兴 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第11期2485-2493,共9页
为实现发动机方案设计阶段预冷器的快速设计与评估,建立了预冷器准二维快速评估模型。将SABRE预冷器的几何结构简化为一个扇环形区域,沿径向和周向将该区域划分为二维节点。应用守恒方程及传热关联式完成单个节点计算,再求解节点矩阵的... 为实现发动机方案设计阶段预冷器的快速设计与评估,建立了预冷器准二维快速评估模型。将SABRE预冷器的几何结构简化为一个扇环形区域,沿径向和周向将该区域划分为二维节点。应用守恒方程及传热关联式完成单个节点计算,再求解节点矩阵的平衡方程组,计算内外流体特定节点上参数的二维分布,得到预冷器出口参数。将模型嵌入发动机总体性能程序中,实现了发动机设计及非设计点的预冷器性能计算的功能。与文献数据对比表明,预冷器模型传热计算误差<5%,摩擦阻力误差<10%。整机计算结果显示,Ma=0~5时,预冷器空气侧温降为143~932K,温降随飞行马赫数升高单调上升。预冷器传热有效度为0.896~0.945,空气侧总压恢复系数为0.852~0.904。 展开更多
关键词 预冷组合循环发动机 预冷器设计 性能计算 非设计点 传热
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