復合預冷吸氣式火箭發動機熱力循環分析

郭海波，肖 洪，南向誼，逯婉若

（1.西安航天動力研究所，西安710100；2.西北工業大學動力與能源學院，西安710072）

0 引言

復合預冷吸氣式火箭發動機（synergistic airbreathing rocket engine，SABRE）是一種用低溫介質氦對來流空氣進行預冷的組合循環發動機，集合有火箭發動機工作范圍寬、渦輪發動機比沖高的性能優勢，是有望應用于可重復使用、水平起降、單級入軌飛行器的新型動力。

英國REL（Reaction Engine Limited）公司從上世紀八十年代末致力于SABRE方案研究，近年來已經在發動機系統參數匹配、預冷器加工與防結冰、碳化硅材料成型、液氧冷卻雙模態推力室、強制偏流噴管設計與制造等多方面取得技術突破[1-9]。

SABRE涉及4種工作介質、2種工作模式，多路循環子系統耦合在一起，整個發動機系統循環較復雜。目前的公開文獻大多數是對SABRE研究進展和組件技術攻關的研究報道，而對發動機系統本身的理論分析較少。本文采用熱力學第一定律分析法[11]分析了SABRE的熱力循環過程及其能量轉換關系，得出了影響發動機理想熱力循環性能的特征參數，旨在深化對SABRE系統的認識，為發動機系統參數優化提供理論支撐。

1 系統構成與工作原理

1.1 系統構成

SABRE包含外涵流道和核心機兩大部分。如圖1所示，外涵流道主要由進氣道和外涵燃燒室組成，核心機主要由進氣道、預冷器、壓氣機、空氣渦輪、氦壓氣機、氦渦輪、換熱器、補熱器、預燃室、推力室、渦輪泵（氫泵、氧泵、氫渦輪和氧渦輪）、閥門（空氣主閥、氦切換閥、氧主閥）及連接管路組成。

1.2 工作原理

SABRE涉及氫、氦、氧和空氣4種介質，分吸氣和火箭2種工作模式。……