強預冷發動機新型熱力循環布局及性能分析

鄒正平，王一帆，杜鵬程，南向誼，馬 元

(1. 北京航空航天大學 能源與動力工程學院 航空發動機氣動熱力國防科技重點實驗室，北京102206；2.北京航空航天大學 航空發動機研究院，北京 102206；3.西安航天動力研究所，陜西 西安 710100)

0 引言

高超聲速飛機可以在數小時內實現洲際飛行，對于人類的便利出行及經濟發展具有十分重要的意義，目前各國開展了如LAPCAT、HIKARI等多項研究計劃以推動高超聲速飛機的發展。其中，高性能的動力系統是實現高超聲速飛行的關鍵，為滿足高超聲速飛機水平起降、快速準備、低成本要求，其動力系統需具有從零速到高馬赫數的寬速域工作能力，且具有高性能及高可靠性。當前，國內外提出了渦輪沖壓組合發動機、火箭沖壓組合、渦輪沖壓火箭組合、預冷組合發動機等多種動力方案，以期支撐高超聲速飛機的發展。

預冷組合發動機以其獨具特色的預冷技術而受到廣泛關注，成為當前高超聲速動力的研究熱點。預冷技術是指通過冷卻劑直接或間接換熱以降低渦輪發動機進口空氣總溫，進而獲得性能提升及擴展渦輪發動機的工作范圍。氫燃料具有高熱沉、冷卻性能優異，且具有高熱值，被認為是換熱預冷組合發動機的理想燃料。氫燃料存在密度低、需低溫存儲等缺點，使用較為復雜，成本較高，目前其使用主要集中于液氫液氧火箭發動機領域。當前為了實現“碳中和”的發展需求，各強國均在大力發展氫清潔能源技術，并在液氫制備、儲運及安全低成本使用方面不斷取得重要進展，液氫在航空領域的應用也將逐漸推廣開來。……