空間閉式布雷頓循環旁路調節特性分析

王浩明，薛 翔，張銀勇，林慶國

(1. 上?？臻g推進研究所，上海 201112；2.上海空間發動機工程技術研究中心，上海 201112)

0 引言

隨著空間任務對能源動力需求的不斷增長，常規化學能和太陽能由于已無法適應大范圍軌道轉移、空間拖船、深空探測等空間任務。核能以其長期、穩定的能量供應和大功率輸出的特點，在可預期的未來成為了解決空間能源問題的唯一途徑。然而，核能只能提供熱能，雖然可以通過加熱氫來達到900s的高比沖核熱推進，但是在實現7000s比沖以上的高效核電推進、星表能源站或者其他科學載荷時需要進一步將核的熱能轉化為電能。以核反應堆為熱源的空間大功率電源的研究從20世紀50年代開始一致持續至今，并且逐漸向著更高的功率量級發展。

核反應堆空間電源中除了反應堆之外，熱電轉換系統承擔了將熱能轉換成電能的重要任務。熱電轉換方式主要包括靜態轉換(溫差、熱離子、堿金屬等)和動態轉換(朗肯循環、布雷頓循環、斯特林循環)兩類，其中動態轉換效率往往高于靜態轉換，一般情況下更適合大功率應用場合。在動態轉換中，布雷頓循環相比于朗肯循環和斯特林循環，能夠兼顧轉換效率和系統質量，更重要的是隨著系統功率的增加，布雷頓循環系統的質量比功率(kg/kWe)逐漸減小。因此，國外百千瓦和兆瓦級核動力飛行器均采用了布雷頓循環作為熱電轉換方案。

國外對于空間閉式布雷頓循環的研究起步較早，理論研究方面進行了熱力循環的參數分析優化、系統工作特性的仿真驗證等工作；……