[發明專利]超燃沖壓發動機主動冷卻與燃燒解耦系統

在審

• 申請號: 202011291237.1
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112377324A
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 苗鶴洋;王中偉;鈕耀斌;楊烜
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: F02K7/14
• 分類號: F02K7/14;F02C7/18;F02C7/16;F02C7/224;F01K27/02;F01K25/10;F01K7/32;F01D15/10
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 周達

1.超燃沖壓發動機主動冷卻與燃燒解耦系統，其特征在于：在超燃沖壓發動機的進氣道和隔離段設置有第一壁面冷卻通道，在超燃沖壓發動機的燃燒室和尾噴管設置有第二壁面冷卻通道；

第二壁面冷卻通道內的冷卻工質是二氧化碳，第二壁面冷卻通道內的二氧化碳處于臨界壓力和臨界溫度的超臨界狀態；第二壁面冷卻通道的出口通過管路與渦輪的入口相連，渦輪的出口分別與高溫回熱器和燃料換熱器的高溫側入口相連，高溫回熱器的高溫側出口與低溫回熱器的高溫側入口連接，低溫回熱器的高溫側出口與第二壓縮機的入口連接；燃料換熱器的高溫側出口與第一壓縮機的入口連接，第一壓縮機的出口與低溫回熱器的低溫側入口相連，低溫回熱器的低溫側出口與第二壓縮機的出口通過管路與高溫回熱器低溫側的入口連接，高溫回熱器低溫側的出口通過管路連接到第二壁面冷卻通道的入口；

燃料儲箱與燃料泵連接，燃料泵的出口與流量閥相連，流量閥具有兩個出口，其中一個出口與燃料換熱器的低溫側入口相連，另一個出口和燃料換熱器的低溫側出口相連，兩股燃料匯合后與第一壁面冷卻通道的入口連接，第一壁面冷卻通道的出口聯通燃燒室。

2.根據權利要求1所述的超燃沖壓發動機主動冷卻與燃燒解耦系統，其特征在于：超臨界狀態二氧化碳通過第二壁面冷卻通道對發動機燃燒室和尾噴管進行冷卻，第二壁面冷卻通道內的二氧化碳吸收發動機燃燒室和尾噴管壁面熱量進而冷卻燃燒室和尾噴管將其維持在安全溫度以內，吸收熱量后的高溫高壓二氧化碳流經渦輪，經渦輪膨脹做功后溫度壓力降低，同時渦輪帶動發電機進行發電；做功后的低壓低溫二氧化碳在渦輪的出口處進行分流，一部分低壓低溫二氧化碳經高溫回熱器的高溫側入口進入高溫回熱器，然后從高溫回熱器的高溫側出口流出并經低溫回熱器的高溫側入口進入低溫回熱器，再從低溫回熱器的高溫側出口流出后通過第二壓縮機進行壓縮；另一部分低壓低溫二氧化碳經燃料換熱器的高溫側入口直接流入燃料換熱器與輸入到燃料換熱器的燃料進行換熱冷卻，冷卻后的二氧化碳從燃料換熱器的高溫側出口流出后經過第一壓縮機進行壓縮后經低溫回熱器的低溫側入口流入低溫回熱器進行換熱，第二壓縮機壓縮后輸出的二氧化碳與低溫回熱器的低溫側出口輸出的二氧化碳在低溫回熱器的低溫側出口處進行匯合后從高溫回熱器低溫側的入口流入高溫回熱器進行換熱，高溫回熱器低溫側的出口輸出的超臨界二氧化碳通過管路從第二壁面冷卻通道的入口流入到第二壁面冷卻通道，完成一個循環。

3.根據權利要求1所述的超燃沖壓發動機主動冷卻與燃燒解耦系統，其特征在于：碳氫燃料通過第一壁面冷卻通道對發動機進氣道和隔離段進行冷卻，燃料儲箱中的燃料經燃料泵增壓后經分流閥，一部分進入燃料換熱器中對二氧化碳進行冷卻并吸熱升溫，升溫后的燃料與分流閥出來的另一部分燃料匯合后進入第一壁面冷卻通道繼續吸熱升溫，滿足燃燒條件后進入超燃沖壓發動機的燃燒室進行燃燒。

4.根據權利要求1、2或3所述的超燃沖壓發動機主動冷卻與燃燒解耦系統，其特征在于：所述燃料為碳氫燃料。

5.根據權利要求4所述的超燃沖壓發動機主動冷卻與燃燒解耦系統，其特征在于：燃料泵將燃料增壓到臨界壓力以上后經流量閥輸入到燃料換熱器，燃料換熱器中以及第一壁面冷卻通道內的碳氫燃料在臨界壓力以上。

6.根據權利要求4所述的超燃沖壓發動機主動冷卻與燃燒解耦系統，其特征在于：高溫回熱器、低溫回熱器以及燃料換熱器均為印刷式換熱器。

7.根據權利要求4所述的超燃沖壓發動機主動冷卻與燃燒解耦系統，其特征在于：所述燃料換熱器中碳氫燃料的流量通過分流閥調節，且進入第一壁面冷卻通道的燃料流量與燃燒所需燃料流量相等，進入燃燒室的燃料溫度可達到其裂解溫度。

8.根據權利要求4所述的超燃沖壓發動機主動冷卻與燃燒解耦系統，其特征在于：第一壓縮機入口處二氧化碳的溫度高于臨界溫度。