[發明專利]一種預冷渦輪超燃沖壓組合發動機

在審

• 申請號: 201810422326.1
• 申請日: 2018-05-04
• 公開（公告）號: CN108317019A
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發明（設計）人: 陳玉春;康瑞元;黃新春;高遠
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: F02K7/16
• 分類號: F02K7/16;F02K7/14
• 代理公司: 蘭州振華專利代理有限責任公司 62102
• 代理人: 張瑾

本發明涉及吸氣式寬速域高超聲速動力技術領域，尤其是涉及一種預冷渦輪超燃沖壓組合發動機。其特點是包括外并聯混壓式進氣道、射流預冷渦輪發動機、雙模態超燃沖壓發動機和外并聯單邊膨脹噴管，所述的射流預冷渦輪發動機并聯設置在雙模態超燃沖壓發動機的上方，所述的外并聯混壓式進氣道設置有兩個通道，兩個通道分別連接在射流預冷渦輪發動機和雙模態超燃沖壓發動機的前方；所述的外并聯單邊膨脹噴管設置有兩個通道，兩個通道分別連接在射流預冷渦輪發動機和雙模態超燃沖壓發動機的后方；其能夠與超燃沖壓發動機速域相接接力，其具備改動小、技術成熟度高、可行性高、經濟性好、研制周期短、性能優異的特點。

技術領域

本發明涉及吸氣式寬速域高超聲速動力技術領域，尤其是涉及一種預冷渦輪超燃沖壓組合發動機。

背景技術

渦輪基組合循環動力系統是吸氣式寬速域高超聲速動力系統，該類動力主要由渦輪發動機、超燃沖壓發動機等動力組成，部分動力系統還帶有火箭發動機及空氣渦輪等。常規渦輪發動機只能在0～2.5范圍內工作，而超燃沖壓發動機一般需要在4馬赫以上才能工作，因此，通過多種手段與動力形式的結合，使得單一動力的速域得到擴展，從而使得組合動力系統能夠在0～5馬赫以上的速域內工作，預冷便是擴展單一動力速域的一種方法。

預冷動力已經有了許多年的研究，并在部分型號飛行器上已經有了使用。蘇聯在上世紀70年代便在米格25戰斗機上使用了R15渦噴發動機，該發動機使用酒精在壓氣機前進行噴射預冷，曾經創造了3馬赫的世界速度記錄。

美國也采用了該方案，提出了一種MIPCC發動機方案，該發動機使用水在進氣道前噴射預冷，該發動機已經完成24.7km，3.5馬赫來流速度的工作試驗，而在數值仿真中，該發動機具備5馬赫的飛行能力。

日本提出了一種預冷空氣渦輪+沖壓發動機的動力形式，命名為ATREX，該動力系統通過閉式的預冷循環對空氣渦輪前的空氣進行預冷，高壓的預冷劑還要驅動空氣渦輪帶動壓氣機進行吸氣，壓氣機進氣進入沖壓發動機燃燒產生推力，該系統過于復雜，控制困難，且速域僅僅為0～5馬赫，剛剛進入高超聲速的范圍。

英國提出了一種名為SABRE(佩刀)的方案，該方案是一種空氣渦輪+沖壓+火箭的動力方案，其特點是采用閉式的氦循環預冷，然后加熱后的氦來加熱氫燃料。目前，該方案還沒有做出實物樣機，僅在預冷器上取得了一定突破，能在0.01秒內冷卻1000攝氏度。

公開號為CN105156227A的發明提出了一種預冷吸氣式變循環發動機，其本質是一種渦輪發動機+預冷亞燃沖壓發動機+超燃沖壓發動機的組合，該動力系統通過通過渦輪發動機加力燃燒室與預冷器結合，構造預冷亞燃沖壓發動機，從而下延超燃沖壓發動機速域，達到渦輪發動機工作速域與亞燃沖壓發動機相接，亞燃沖壓發動機的工作速域再與超燃沖壓發動機工作速域相接，其問題在于該動力相當于一個三組合的TBCC動力系統，會導致機構調節復雜，操控困難，結構難以實現；此外發動機迎風面積會變得極大，大幅占用飛行器機體空間；該方案采用液氫、液氦或燃料預冷，液氫本身的體積密度極低(70kg/m³)，這導致了動力系統體積龐大，無法用于飛行器，液氫還會帶來氫脆現象，存儲困難，較為危險；液氫、液氦熱容低，燃料流量少，冷卻效果差。

公開號為CN106014637A的發明提出了一種預冷渦輪發動機方案，該方案通過閉式循環的冷卻劑對渦輪推進系統進行冷卻，用于擴展發動機的工作速域。但是其問題在于閉式循環會大幅度增加動力系統的復雜性，可行性不高；其次，該方案采用液氫預冷，液氫本身的體積密度極低(70kg/m³)，這導致了動力系統體積龐大，無法用于飛行器，液氫還會帶來氫脆現象，存儲困難，較為危險。

綜上所述，目前的預冷用高超聲速動力系統均對現有動力系統提出了較大的改造需求，改造難度高、可行性較低，研制成本極高，性能不能確保，且多種系統在原理上是否可行還仍待考究。

發明內容